DE102020003648A1

DE102020003648A1 - Strömungsmaschine für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102020003648A1
Application number: DE102020003648.1A
Authority: DE
Inventors: Stanislav Mihal; Stephan Kraetschmer; Stephan Netzhammer; Philipp Huchler
Original assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) mit einem Gehäuse (4, 11), mit einem um eine Rotationsachse (5) relativ zu dem Gehäuse (4, 11) rotierbaren Rotor (3), der ein Laufrad (6) und ein mit dem Rotor (3) mitdrehbares Rotorlagerelement (7) aufweist, wobei ein Laufradrücken (8) des Laufrads (6) und eine dem Laufradrücken (8) zugewandte Oberfläche (9) des Rotorlagerelements (7) über einen Abstand axial voneinander beabstandet sind und ein Gehäuseelement (11) des Gehäuses (4) zwischen dem Laufradrücken (8) und der Oberfläche (9) des Rotorlagerelements (7) angeordnet ist, und mit einer zwischen dem Rotorlagerelement (7) und dem Gehäuseelement (11) angeordneten Luftlagereinrichtung (14), mittels derer der Rotor (3) in axialer Richtung an dem Gehäuse (4, 11) gelagert ist. Erfindungsgemäß weit die Strömungsmaschine (1) eine weitere Luftlagereinrichtung (20) auf, die zwischen dem Laufradrücken (8) und dem Gehäuseelement (11) angeordnet ist und mittels derer der Rotor (3) in axialer Gegenrichtung an dem Gehäuse (4, 11) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Strömungsmaschine kommt bei Kraftwagen üblicherweise dazu zum Einsatz, eine besonders dichte Füllung eines Brennraums einer Verbrennungskraftmaschine mit Luft zu gewährleisten. Hierzu wird mittels der Strömungsmaschine Luft verdichtet, welche dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Dementsprechend weist die Strömungsmaschine üblicherweise einen Verdichter auf, mittels dessen Luft, die dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen ist, verdichtbar ist bzw. verdichtet wird. Ferner umfasst die Strömungsmaschine ein Gehäuse und einen um eine Rotationsachse relativ zu dem Gehäuse drehbaren Rotor, welcher wenigstens ein Laufrad umfasst. Das Laufrad ist beispielsweise ein Verdichterrad des Verdichters, wobei die Luft mittels des Verdichterrads verdichtet wird. Die Strömungsmaschine kann als ein Abgasturbolader ausgebildet sein, wobei dann der Verdichter bzw. das Laufrad in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Des Weiteren weist ein solcher Abgasturbolader eine in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Turbine auf, mittels derer der Verdichter bzw. das Verdichterrad antreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Strömungsmaschine einen elektrisch antreibbaren Verdichter aufweisen.
Die Strömungsmaschine umfasst ferner ein mit dem Rotor mitdrehbares Rotorlagerelement, wobei ein Laufradrücken des Laufrads und eine dem Laufradrücken zugewandte Oberfläche des Rotorlagerelements über einen Abstand axial voneinander beabstandet sind. Das Rotorlagerelement ist beispielsweise als eine Spurscheibe ausgebildet. Ein Gehäuseelement des Gehäuses ist zwischen dem Laufradrücken und der Oberfläche des Rotorlagerelements angeordnet, sodass das Gehäuseelement zwischen dem Laufradrücken und die dem Laufradrücken zugewandte Oberfläche des Rotorlagerelements bzw. der Spurscheibe eingreift. Infolgedessen ist die Oberfläche des Rotorlagerelements einer ersten Seite des Gehäuseelements zugewandt, während der Laufradrücken einer der ersten Seite entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite des Gehäuseelements zugewandt ist.
Weiter umfasst die Strömungsmaschine eine Luftlagereinrichtung, mittels derer der Rotor zumindest in axialer Richtung an dem Gehäuse gelagert ist. Die Luftlagereinrichtung umfasst dabei wenigstens ein an dem Gehäuse gehaltenes, erstes Lagerteil und wenigstens ein damit korrespondierendes, zweites Lagerteil, das relativ zu dem ersten Lagerteil mit dem Rotor mitdrehbar ist. Insbesondere ist das erste Lagerteil durch das Gehäuse, beispielsweise das Gehäuseelement, gebildet, während das zweite Lagerteil beispielsweise durch das Rotorlagerelement bzw. die Spurscheibe gebildet ist. Der Rotor ist somit über das zweite Lagerteil bzw. über die Spurscheibe zumindest mittelbar an dem ersten Lagerteil abstützbar. Unter einer solchen mittelbaren Abstützung ist zu verstehen, dass infolge einer Drehung des zweiten Lagerteils bzw. der Spurscheibe relativ zu dem ersten Lagerteil zwischen den Lagerteilen ein Luftpolster oder Luftkissen entsteht, über welches das zweite Lagerteil zumindest in axialer Richtung am ersten Lagerteil abgestützt bzw. abstützbar ist. Hierdurch kann ein unerwünschter, direkter Kontakt zwischen den Lagerteilen vermieden werden.
Die Strömungsmaschine ist eine Luftversorgungseinheit und dabei als hochdrehende Strömungsmaschine ausgebildet, welche während ihres Betriebs besonders hohe Drehzahlen aufweist. Dabei kann mittels der Luftlagereinrichtung eine hinreichende Lagerung auch bei hohen Drehzahlen realisiert werden. Die Luftlagereinrichtung ist dabei ein aerodynamisches Luftlager, welches das zuvor genannte Luftpolster oder Luftkissen als axiale Lagerung nutzt. Beispielsweise kann die Luftlagereinrichtung zumindest teilweise durch ein Folienlager ausgebildet sein oder dieses zumindest aufweisen. Durch die Rotationsbewegung des Rotors im Gehäuse bildet sich das Luftkissen bzw. Luftpolster zwischen den Lagerteilen aus, wobei das Luftpolster in der Lage ist, den Rotor, der auch als Laufzeug bezeichnet werden kann, zu tragen. Dieses Wirkprinzip gilt sowohl für die radiale als auch für die axiale Lagerung des Laufzeugs bzw. Rotors. Solange der Rotor in dem Gehäuse stillsteht, liegen die beiden Lagerteile üblicherweise direkt aneinander an. Wenn die Strömungsmaschine dann in Betrieb genommen wird, wird zunächst ein Mischreibungsgebiet durchfahren, bevor der Rotor bzw. das Rotorlagerelement vom ersten Lagerteil bzw. vom Gehäuse abhebt und sich das Luftpolster ausbildet.
Die DE 10 2014 018 096 A1 und die DE 10 2015 007 379 A1 offenbaren jeweils eine solche herkömmliche Strömungsmaschine mit einer Luftlagereinrichtung.
Es kommt im Betrieb solcher herkömmlichen Strömungsmaschinen zu einer Schubkraft, die axial auf den Rotor wirkt. Diese Schubkraft ist unerwünscht, da hierdurch insbesondere die axiale Lagerung des Rotors zusätzlich belastet wird. Diese axial auf den Rotor wirkende Schubkraft wird durch eine Druckdifferenz zwischen einem laufradrückenseitigen Druckgebiet und einem Druckgebiet, das axial betrachtet auf der anderen Seite des Laufrads - einer Schaufelseite des Laufrads - herrscht, erzeugt. Beispielsweise handelt es sich bei dem laufradrückenseitigen Druckgebiet um ein Hochdruckgebiet, während es sich bei dem anderen Druckgebiet um ein Niederdruckgebiet handelt. Durch die im Betrieb axial auf den Rotor wirkende Schubkraft kann es dazu kommen, dass die beiden Lagerteile während des Betriebs der Strömungsmaschine in unerwünschter Weise in direkten mechanischen Kontakt gelangen, was letztendlich zu einer Beschädigung der Strömungsmaschine führen würde. Demnach besteht der Bedarf, Gegenmaßnahmen gegen die axial wirkende Schubkraft zu ergreifen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer und effizienter Betrieb der Strömungsmaschine gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Um eine Strömungsmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer und effizienter Betrieb der Strömungsmaschine gewährleistet ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strömungsmaschine eine weitere (zweite) Luftlagereinrichtung aufweist. Diese weitere bzw. zweite Luftlagereinrichtung ist zwischen dem Laufradrücken und dem Gehäuseelement angeordnet und lagert den Rotor, insbesondere über dessen Rotorlagerelement, in axialer Gegenrichtung an dem Gehäuse. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die (erste) Luftlagereinrichtung und die weitere bzw. zweite Luftlagereinrichtung analog zueinander ausgebildet sind. Das bedeutet, dass ein physikalisches Wirkprinzip der weiteren Luftlagereinrichtung und ein physikalisches Wirkprinzip der ersten Luftlagereinrichtung gleich sein können. So kann es sich sowohl bei der Luftlagereinrichtung als auch bei der weiteren Luftlagereinrichtung jeweils um ein Folienlager handeln oder sowohl die Luftlagereinrichtung als auch die weitere Luftlagereinrichtung können jeweils ein solches Folienlager umfassen. Auf diese Weise ist im Betrieb der Strömungsmaschine der axial auf den Rotor wirkenden Schubkraft aufgrund der Lagerkräfte beider Luftlagereinrichtungen besonders effizient und insbesondere sowohl in axialer Richtung als auch in axialer Gegenrichtung entgegengewirkt. Somit ist im Betrieb der Strömungsmaschine der Rotor besonders effizient und sicher mittels der beiden Luftlagereinrichtungen an dem Gehäuse bzw. an dem Gehäuseelement gelagert, wobei die eventuell auftretende axial auf den Rotor einwirkende Schubkraft bestimmungsgemäß durch die beiden Luftlagereinrichtungen aufgenommen werden kann. Hierbei ist eine Ausrichtung der axial wirkenden Schubkraft, das heißt ob diese in axialer Richtung oder in axialer Gegenrichtung wirkt, unerheblich. Infolgedessen ist dem unerwünschten direkten mechanischen Berühren der Lagerelemente besonders effizient entgegengewirkt, sodass die Luftlagereinrichtungen und der Rotor vor übermäßiger Reibung gegeneinander geschützt sind. Als Resultat ist der Betrieb der Strömungsmaschine besonders sicher und effizient.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische und geschnittene Teilansicht einer Strömungsmaschine mit einem Gehäuse sowie mit einem Rotor, der ein Laufrad und ein Rotorlagerelement umfasst.
In der einzigen Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der einzigen Figur ist eine Strömungsmaschine 1 teilweise dargestellt. Die Strömungsmaschine 1 ist dazu ausgebildet, in einem Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen, eingesetzt zu werden und mit einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens zusammenzuwirken. Alternativ kann die Strömungsmaschine 1 als ein Bestandteil der Verbrennungskraftmaschine betrachtet werden. Die Strömungsmaschine 1 ist insbesondere als ein Abgasturbolader oder als ein unabhängig von einem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine betreibbarer Luftverdichter („E-Turbo“, „Kompressor“) ausgebildet. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Strömungsmaschine 1 sowohl durch den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine als auch von einer weiteren Antriebseinheit antreibbar ist, die separat zu der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise der Fall für einen Abgasturbolader, dessen Turboladerwelle alternativ oder zusätzlich zu der Abgasturbine beispielsweise elektrisch antreibbar ist. Allen Strömungsmaschinen, die - wie auch die Strömungsmaschine 1 - dazu eingesetzt sind, eine besonders dichte Füllung in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten, weisen einen Verdichter 2 zum Verdichten der Luft auf. Die Strömungsmaschine 1 weist weiter einen Rotor 3 auf, dessen Bestandteile in Bezug zu einem Gehäuse 4 der Strömungsmaschine 1 um eine Rotationsachse 5 rotierbar bzw. drehbar sind. Der Rotor 3 umfasst ein Laufrad 6 und ein mit dem Rotor 3 bzw. mit dem Laufrad 6 mitdrehbares Rotorlagerelement 7. Das Laufrad 6 und das Rotorlagerelement 7 sind in Bezug zu der Rotationsachse 5 zueinander koaxial hintereinander, insbesondere unmittelbar hintereinander, angeordnet. Mit anderen Worten fallen eine Längsmittenachse einer Nabe des Laufrads 6 und eine Längsmittenachse einer Nabe des Rotorlagerelements 7 zusammen. Des Weiteren fallen die Längsmittenachsen mit der Rotationsachse 5 zusammen bzw. ist die Rotationsachse 5 durch die beiden Längsmittenachsen definiert oder gebildet. Der Verdichter 2 ist im vorliegenden Beispiel als ein Radialverdichter ausgebildet, wobei das Laufrad 6 ein Verdichterrad des Radialverdichters bzw. Verdichters 2 bildet.
Ein Laufradrücken 8 des Laufrads 6 und eine dem Laufradrücken 8 zugewandte Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 sind über einen Abstand 10 axial, das heißt entlang der Rotationsachse 5, voneinander beabstandet. In den Abstand 10 greift ein Gehäuseelement 11 des Gehäuses 4 ein und erstreckt sich von radial außen senkrecht zur Rotationsachse 5 in Richtung hin zu dieser. Mit anderen Worten ist das Gehäuseelement 11 zwischen dem Laufrad 6 und dem Rotorlagerelement 7 angeordnet. Infolgedessen sind eine erste Gehäuseoberfläche 12 und die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 einander zugewandt und eine zweite Gehäuseoberfläche 13 und der Laufradrücken 8 sind ebenfalls einander zugewandt. Hierbei sind die Gehäuseoberflächen 12, 13 einander entgegengesetzt, also an einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuseelements 11 angeordnet.
Das Rotorlagerelement 7 ist vorliegend als eine Spurscheibe ausgebildet und grenzt direkt an das Laufrad 6 bzw. an das Verdichterrad an. Demnach können das Laufrad 6 und das Rotorlagerelement 7 bzw. die Spurscheibe bei einer Herstellung der Strömungsmaschine 1 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt worden sein. Des Weiteren ist es denkbar, dass das Laufrad 6 und die Spurscheibe bzw. das Rotorlagerelement 7 miteinander einstückig ausgebildet sind. Der Laufradrücken 8, die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7, die erste Gehäuseoberfläche 12 und die zweite Gehäuseoberfläche 13 sind jeweils parallel zueinander angeordnet und zumindest bereichsweise plan bzw. eben ausgebildet. Zumindest in einem Bereich, in dem der Laufradrücken 8 und die zweite Gehäuseoberfläche 13 bzw. die Oberfläche 9 und die erste Gehäuseoberfläche 12 einander direkt gegenüberliegen, sind die Flächen 8, 9, 12, 13 senkrecht zu der Rotationsachse 5 angeordnet.
Zwischen dem Rotorlagerelement 7 bzw. der Spurscheibe und dem Gehäuseelement 11 weist die Strömungsmaschine 1 des Weiteren eine (erste) Luftlagereinrichtung 14 auf, mittels derer der Rotor 3 in axialer Richtung an dem Gehäuse 4, insbesondere an dem Gehäuseelement 11, gelagert ist. Folglich handelt es sich bei der Luftlagereinrichtung 14 um ein Axiallager, welches als axiales Luftlager ausgebildet ist. Zum Lagern des Rotors 3 an dem Gehäuse 4 bzw. an dem Gehäuseelement 11 umfasst die Luftlagereinrichtung 14 einen Lagerfoliensatz 15, der wenigstens eine Deckfolie 16 („Topfoil“) und wenigstens eine Pufferfolie 17 („Bumpfoil“) aufweist. Die Pufferfolie 17, die auch als Trägerfolie bezeichnet werden kann, weist eine wellenförmige Struktur auf und ist zwischen der Deckfolie 16 und der ersten Gehäuseoberfläche 12 gehäusefest, das heißt an dem Gehäuseelement 11, gehalten. Die Deckfolie 16 ist über die wellenförmige Struktur der Puffer- bzw. Trägerfolie 17 angeordnet, etwa darüber gespannt, und ebenfalls an der ersten Gehäuseoberfläche 12 des Gehäuseelements 11 befestigt. Infolgedessen bilden die Folien 16, 17 ein gehäusefest, das heißt an dem Gehäuseelement 11, gehaltenes, Gehäuselagerteil 18, wobei der Lagerfoliensatz 15 vollständig an dem Gehäuseelement 11 gehalten ist.
Die erste Luftlagereinrichtung 14 weist des Weiteren ein mit dem Gehäuselagerteil 18 korrespondierendes Rotorlagerteil 19 auf, das im vorliegenden Beispiel durch das Rotorlagerelement 7, insbesondere durch dessen Oberfläche 9, gebildet ist. Das bedeutet, dass das Rotorlagerteil 19 durch die Spurscheibe gebildet sein kann. Die Spurscheibe bzw. das Rotorlagerelement 7 ist drehfest mit dem Rotor 3 verbunden und infolgedessen dreht sich das Rotorlagerelement 7 im Betrieb der Strömungsmaschine 1 mit dem Rotor 3 mit. Das bedeutet, dass das Rotorlagerteil 19 um die Rotationsachse 5 relativ zu dem Gehäuselagerteil 18 drehbar ist bzw. im Betrieb der Strömungsmaschine 1 gedreht wird. Der Rotor 3 stützt sich in axialer Richtung über die Spurscheibe bzw. über das Rotorlagerelement 7 und das Gehäuselagerteil 18 an dem Gehäuseelement 11 ab, wobei Luft als Tragmedium zwischen der Spurscheibe bzw. dem Rotorlagerelement 7 und dem Gehäuselagerteil 18 zum Einsatz kommt. Beim Drehen bzw. Rotieren des Rotors 3 relativ zu dem Gehäuselagerteil 18 bildet sich zwischen dem Rotorlagerelement 7 und dem Gehäuselagerteil 18 ein Luftkissen oder Luftpolster aus, da zwischen dem Rotorlagerelement 7 und dem Gehäuselagerteil 18, insbesondere in axialer Richtung zwischen diesen, ein Luftspalt vorgesehen ist. Die Luftlagereinrichtung 14 ist somit ein dynamisches bzw. aerodynamisches Luftlager, über welches auf den Rotor 3 wirkende Axialkräfte auf das Gehäuseelement 11 übertragen werden.
Um einen besonders sicheren und effizienten Betrieb der Strömungsmaschine 1 zu gewährleisten, weist die Strömungsmaschine 1 eine weitere (zweite) Luftlagereinrichtung 20 auf, die zwischen dem Laufradrücken 8 und dem Gehäuseelement 11 angeordnet ist und mittels derer der Rotor 3 entlang der Rotationsachse 5 in einer axialen Gegenrichtung an dem Gehäuse 4, insbesondere an dem Gehäuseelement 11, gelagert bzw. lagerbar ist. Die weitere bzw. zweite Luftlagereinrichtung 20 weist - analog zu der ersten Luftlagereinrichtung 14 - einen weiteren bzw. zweiten Lagerfoliensatz 21 auf, welcher wiederum eine weitere bzw. zweite Deckfolie 22 sowie eine weitere bzw. zweite Pufferfolie 23 aufweist. Die zweite Deckfolie 22 und die zweite Pufferfolie 23 sind analog zu der ersten Deckfolie 16 und der ersten Pufferfolie 17 an der zweiten Gehäuseoberfläche 13 des Gehäuses 4 bzw. des Gehäuseelements 11 angeordnet bzw. angebracht. Die zweite Deckfolie 22 und die zweite Pufferfolie 23 bilden miteinander den weiteren bzw. zweiten Lagerfoliensatz 21, der - analog zu dem ersten Lagerfoliensatz 15 - vollständig an dem Gehäuseelement 11 angebracht bzw. gehalten ist. Hierbei sind die Lagerfoliensätze 15, 21 einander entgegengesetzt, da die Lagerfoliensätze 15, 21 an jeweils entgegengesetzten Seiten des Gehäuseelements 11 angeordnet sind, die voneinander wegweisen.
Im vorliegenden Beispiel sind die erste Luftlagereinrichtung 14 und die zweite Luftlagereinrichtung 20 gleich ausgebildet, weswegen Merkmale, die für eine der beiden Luftlagereinrichtungen 14, 20 beschrieben werden, ohne Weiteres auf die entsprechend andere der Luftlagereinrichtungen 14, 20 übertragbar sind. Jedoch unterscheiden sich die Luftlagereinrichtungen 14, 20 insbesondere dadurch voneinander, dass das jeweilige Rotorlagerteil 19, 25 anders ausgebildet ist bzw. durch ein anderes Element der Strömungsmaschine 1 gebildet ist. So ist im vorliegenden Beispiel das (erste) Rotorlagerteil 19 der ersten Luftlagereinrichtung 14 durch die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 gebildet, wobei ein (zweites) Rotorlagerteil 25 der zweiten Luftlagereinrichtung 20 durch den Laufradrücken 8 des Laufrads 6 bzw. des Verdichterrads gebildet ist. Das bedeutet, dass der Laufradrücken 8 durch eine rückenseitige Oberfläche des Laufrads 6 gebildet ist.
Das Gehäuse 4 weist einen Laufradgehäuseteil 26 auf, der von wenigstens einem anderen Gehäuseteil 27 des Gehäuses 4 zumindest im Betrieb der Strömungsmaschine 1 abzudichten ist, um einen Druckübergang zwischen dem Laufradgehäuseteil 26 und dem anderen Gehäuseteil 27 entgegenzuwirken. Im vorliegenden Beispiel bildet der Laufradgehäuseteil 26 einen Verdichtergehäuseanteil der Strömungsmaschine 1, der gegen den anderen Gehäuseteil 27 abzudichten ist, sodass im Betrieb der Strömungsmaschine 1 verdichtete Luft nicht in unerwünschter Weise aus dem Laufradgehäuseteil 26 bzw. Verdichtergehäuseteil in den anderen Gehäuseteil 27 entweicht. Denn dies würde zu einem ineffizienten Betrieb der Strömungsmaschine 1 führen. Dementsprechend weist die Strömungsmaschine 1 im vorliegenden Beispiel eine Dichtungseinrichtung 28 auf, mittels derer der Laufradgehäuseteil 26 zumindest entlang der Rotationsachse 5 gegen den anderen Gehäuseteil 27 abdichtbar ist. Diese Dichtungseinrichtung 28 ist zumindest teilweise durch wenigstens eine der Luftlagereinrichtungen 14, 20 gebildet. Dementsprechend ist im vorliegenden Beispiel vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung 28 die erste Luftlagereinrichtung 14 und/oder die zweite Luftlagereinrichtung 20 zumindest teilweise umfasst.
Eine Dichtwirkung oder Dichtungswirkung zwischen dem Laufradgehäuseteil 26 und dem anderen Gehäuseteil 27 wird - insbesondere im Betrieb der Strömungsmaschine 1 - mittels der Dichtungseinrichtung 28 realisiert, indem wenigstens eines der Luftkissen der jeweiligen Luftlagereinrichtung 14, 20 aufgebaut ist. Um in diesem Zusammenhang zu vermeiden, dass die Luftkissen der Luftlagereinrichtungen 14, 20 durch einen herrschenden Druck in dem Laufradgehäuseteil 26 und/oder in dem anderen Gehäuseteil 27 beeinträchtigt werden, werden die Luftlagereinrichtungen 14, 20 im Betrieb der Strömungsmaschine 1 mittels eines von Luft durchströmbaren Luftzuführkanals 29 mit Luft gespeist bzw. versorgt. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Luft, die mittels des Luftzuführkanals 29 dem Luftkissen bzw. den Luftlagereinrichtungen 14, 20 zugeführt wird, einen Luftdruck aufweist, der dem Luftdruck der verdichteten Luft in dem Verdichter 2 bzw. in dem Laufradgehäuseteil 26 entspricht. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass ein Luftdruck, der an dem Laufradrücken 8 herrscht, und ein Luftdruck, der an einer dem Laufradrücken entgegengesetzten Schaufelseite 30 des Laufrads 6 herrscht, zumindest im Betrieb der Strömungsmaschine 1 gleich gehalten bzw. ausgebildet wird. So findet zwischen den am Laufradrücken 8 angeordneten Luftkissen der Luftlagereinrichtungen 14, 20 und der Schaufelseite 30 ein Druckausgleich statt.
Der Luftzuführkanal 29 ist im vorliegenden Beispiel radial zu dem Rotor 3 angeordnet und erstreckt sich durch das Gehäuseelement 11 hindurch. Hierbei mündet der Luftzuführkanal 29 an einer Stirnseite 31 des Gehäuseelements 11 zwischen dem Laufradrücken 8 und die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7. Im Betrieb der Strömungsmaschine 1 strömt also Luft 32 durch den Luftzuführkanal 29 hindurch in Richtung hin zu der Rotationsachse 5 bzw. in Richtung hin zu dem Rotorlagerelement 7 und dem Laufrad 6, wodurch die Luftkissen der Luftlagereinrichtungen 14, 20 durch die Luft 32 gespeist werden, insbesondere während eines Aufbaus des jeweiligen Luftkissens.
Folglich weist die jeweilige Luftlagereinrichtung 14, 20 eine Doppelfunktionalität auf, nämlich - erstens - übernimmt die jeweilige Luftlagereinrichtung 14, 20 das axiale Lagern des Rotors 3 in axialer Richtung bzw. in axialer Gegenrichtung und - zweitens - übernimmt die jeweilige Luftlagereinrichtung 14, 20 das Abdichten des Laufradgehäuseteils 26 gegen den anderen Gehäuseteil 27. Auf diese Weise kann auf eine herkömmliche Abdichtung, beispielsweise eine Labyrinthdichtung, zwischen dem Laufradgehäuseteil 26 und dem anderen Gehäuseteil 27, insbesondere entlang der Rotationsachse 5, verzichtet werden, wodurch die Strömungsmaschine 1 besonders einfach bzw. effizient herstellbar ist.
Der Luftzuführkanal 29 kann des Weiteren einen von einem Fluid, insbesondere der Luft 32, durchströmbaren Kühlkanal 33 bilden, welcher an der Stirnseite 31 des Gehäuseelements 11 in einen Raum 34 zwischen dem Laufrad 6 und dem Rotorlagerelement 7 mündet. Die dann durch den Luftzuführkanal 29 bzw. durch den Kühlkanal 33 in den Raum 34 bzw. zwischen den Laufradrücken 8 und die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 einströmende Luft 32 speist so nicht nur die Luftkissen der Luftlagereinrichtungen 14, 20, sondern dient darüber hinaus zum Kühlen der Luftlagereinrichtungen 14, 20 bzw. der jeweiligen Lagerfoliensätze 15, 21. Denn die jeweilige Deckfolie 16, 22 ist mit einer jeweiligen Gleitbeschichtung versehen, welche beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet ist. Diese Gleitbeschichtung bedarf einer besonders effizienten Kühlung im Betrieb der Strömungsmaschine 1, um eine thermische Belastung der Gleitbeschichtungen möglichst gering zu halten bzw. um einen Verschleiß der Strömungsmaschine 1 besonders gering zu halten.
Indem bei der Strömungsmaschine 1 die beiden Luftlagereinrichtungen 14, 20 zum Einsatz kommen, kann eine entlang der Rotationsachse 5 wirkende Schubkraft, die in axialer Richtung und/oder in axialer Gegenrichtung auf den Rotor 3 einwirkt, besonders effizient aufgenommen werden. Auf diese Weise ist wirksam verhindert, dass die jeweiligen Lagerfoliensätze 15, 21 im Betrieb der Strömungsmaschine 1 in direkten mechanischen Kontakt mit dem jeweils entsprechenden der Rotorlagerteile 19, 25 geraten. Denn dies würde im Betrieb der Strömungsmaschine 1 zu einer unerwünschten Reibung zwischen dem jeweiligen Rotorlagerteil 19, 25 und dem jeweiligen Lagerfoliensatz 15, 21 führen, sodass die Strömungsmaschine 1 im Betrieb derselben einer besonders hohen mechanischen und/oder thermischen Belastung unterworfen wäre. Dies ist jedoch unerwünscht, da dies einem besonders sicheren und/oder effizienten Betrieb der Strömungsmaschine 1 entgegensteht.
Bezugszeichenliste

1: Strömungsmaschine
2: Verdichter
3: Rotor
4: Gehäuse
5: Rotationsachse
6: Laufrad
7: Rotorlagerelement
8: Laufradrücken
9: Oberfläche
10: Abstand
11: Gehäuseelement
12: Gehäuseoberfläche
13: Gehäuseoberfläche
14: Luftlagereinrichtung
15: Lagerfoliensatz
16: Deckfolie
17: Pufferfolie
18: Gehäuselagerteil
19: Rotorlagerteil
20: Luftlagereinrichtung
21: Lagerfoliensatz
22: Deckfolie
23: Pufferfolie
24: Gehäuselagerteil
25: Rotorlagerteil
26: Laufradgehäuseteil
27: anderer Gehäuseteil
28: Dichtungseinrichtung
29: Luftzuführkanal
30: Schaufelseite
31: Stirnseite
32: Luft
33: Kühlkanal
34: Raum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014018096 A1 [0006]
DE 102015007379 A1 [0006]

Claims

Strömungsmaschine (1) mit einem Gehäuse (4, 11), mit einem um eine Rotationsachse (5) relativ zu dem Gehäuse (4, 11) rotierbaren Rotor (3), der ein Laufrad (6) und ein mit dem Rotor (3) mitdrehbares Rotorlagerelement (7) aufweist, wobei ein Laufradrücken (8) des Laufrads (6) und eine dem Laufradrücken (8) zugewandte Oberfläche (9) des Rotorlagerelements (7) über einen Abstand axial voneinander beabstandet sind und ein Gehäuseelement (11) des Gehäuses (4) zwischen dem Laufradrücken (8) und der Oberfläche (9) des Rotorlagerelements (7) angeordnet ist, und mit einer zwischen dem Rotorlagerelement (7) und dem Gehäuseelement (11) angeordneten Luftlagereinrichtung (14), mittels derer der Rotor (3) in axialer Richtung an dem Gehäuse (4, 11) gelagert ist, gekennzeichnet durch eine weitere Luftlagereinrichtung (20), die zwischen dem Laufradrücken (8) und dem Gehäuseelement (11) angeordnet ist und mittels derer der Rotor (3) in axialer Gegenrichtung an dem Gehäuse (4, 11) gelagert ist.
Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Luftlagereinrichtung (14, 20) ein als Lagerfoliensatz (15, 21) ausgebildetes Gehäuselagerteil (18, 24) aufweist und wenigstens einer der beiden Lagerfoliensätze (15, 21) vollständig an dem Gehäuseelement (11) gehalten ist.
Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftlagereinrichtung (14) ein Rotorlagerteil (19) aufweist, das durch die Oberfläche (9) des Rotorlagerelements (7) gebildet ist.
Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Luftlagereinrichtung (20) ein weiteres Rotorlagerteil (25) aufweist, das durch den Laufradrücken (8) gebildet ist.
Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtungseinrichtung (28), mittels derer ein Laufradgehäuseteil (26) des Gehäuses (4) entlang der Rotationsachse (5) gegen einen anderen Gehäuseteil (27) des Gehäuses (4) abdichtbar ist, zumindest teilweise durch wenigstens eine der Luftlagereinrichtungen (14, 20) gebildet ist.
Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (11) einen von einem Fluid (32) durchströmbaren Kühlkanal (29, 33) aufweist, welcher an einer Stirnseite (31) des Gehäuseelements (11) in einen Raum (34) zwischen dem Laufrad (6) und dem Rotorlagerelement (7) mündet.