DE102020202129A1 - Turbo engine assembly - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschinenanordnung (1) mit einer angetriebenen Welle (2), die in einem Gehäuse (5) mit Hilfe einer Lageranordnung (4) drehbar gelagert ist, die mindestens zwei Lager (6,7) umfasst.Um die Turbomaschinenanordnung (1) herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern, umfasst das Gehäuse (5) der Turbomaschinenanordnung (1) eine vormontierte Gehäusebaugrupppe (13) mit mindestens zwei Radiallagerstellen (8,9), die an der vormontierten Gehäusebaugruppe (13) zur Bearbeitung der Radiallagerstellen (8,9) zugänglich sind.The invention relates to a turbomachine arrangement (1) with a driven shaft (2) which is rotatably mounted in a housing (5) with the aid of a bearing arrangement (4) which comprises at least two bearings (6, 7) ) to improve production engineering and / or function, the housing (5) of the turbomachine arrangement (1) comprises a preassembled housing assembly (13) with at least two radial bearing points (8, 9) which are attached to the preassembled housing assembly (13) for machining the radial bearing points (8 , 9) are accessible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschinenanordnung mit einer angetriebenen Welle, die in einem Gehäuse mit Hilfe einer Lageranordnung drehbar gelagert ist, die mindestens zwei Lager umfasst. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Turbomaschinenanordnung. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Turbomaschinenanordnung.The invention relates to a turbomachine arrangement with a driven shaft which is rotatably supported in a housing with the aid of a bearing arrangement which comprises at least two bearings. The invention relates in particular to a fuel cell system with such a turbomachine arrangement. The invention also relates to a method for producing such a turbomachine arrangement.

Stand der TechnikState of the art

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 087 601 A1 offenbart einen Turboverdichter, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, mit einem Verdichterrad, das drehfest auf einer Welle angeordnet ist, wobei die Welle in einem Gehäuse mittels mindestens eines hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlagers drehbar gelagert, wobei in dem Gleitlager als Flüssigkeit zur Reibwertminderung Wasser vorgesehen ist.The German Offenlegungsschrift DE 10 2011 087 601 A1 discloses a turbo compressor, in particular for a fuel cell system, with a compressor wheel which is arranged non-rotatably on a shaft, the shaft being rotatably mounted in a housing by means of at least one hydrodynamic or hydrostatic sliding bearing, with water being provided in the sliding bearing as a fluid to reduce the coefficient of friction.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbomaschinenanordnung mit einer angetriebenen Welle, die in einem Gehäuse mit Hilfe einer Lageranordnung drehbar gelagert ist, die mindestens zwei Lager umfasst, herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern.The object of the invention is to improve a turbomachine arrangement with a driven shaft which is rotatably supported in a housing with the aid of a bearing arrangement which comprises at least two bearings, in terms of production engineering and / or function.

Die Aufgabe ist bei einer Turbomaschinenanordnung mit einer angetriebenen Welle, die in einem Gehäuse mit Hilfe einer Lageranordnung drehbar gelagert ist, die mindestens zwei Lager umfasst, dadurch gelöst, dass das Gehäuse der Turbomaschinenanordnung eine vormontierte Gehäusebaugrupppe mit mindestens zwei Radiallagerstellen umfasst, die an der vormontierten Gehäusebaugruppe zur Bearbeitung der Radiallagerstellen zugänglich sind. So können die Radiallagerstellen der vormontierten Gehäusebaugruppe in einer Aufspannung bearbeitet werden, bevor die Lager an den bearbeiteten Radiallagerstellen der vormontierten Gehäusebaugruppe montiert werden. Die Radiallagerstellen haben zum Beispiel die Gestalt von geraden Kreiszylindermantelflächen. Bei den verwendeten Lagern handelt es sich vorzugsweise um Gaslager, insbesondere um Luftlager. Derartige Lager, insbesondere Luftlager, eignen sich besonders vorteilhaft zur Lagerung von Wellen, die sich extrem schnell drehen. Solche Wellen werden beispielsweise in Turboverdichtern benötigt, wie sie insbesondere zur Verdichtung von Luft für aufgeladene Verbrennungsmotoren oder für Brennstoffzellensysteme Anwendung finden. Dabei sind auf oder an der Welle meist weitere Bauteile montiert, beispielsweise Turbinenlaufräder oder Verdichterlaufräder, die verkürzt auch als Turbinenräder oder Verdichterräder bezeichnet werden. Darüber hinaus ist die Welle vorteilhaft mit einem Rotor einer elektrischen Maschine kombiniert, der innerhalb eines Stators drehbar ist. Durch die Bearbeitung der Radiallagerstellen der vormontierten Gehäusebaugruppe vorzugsweise in einer Aufspannung können die später eingesetzten Radiallager mit deutlich größerer Genauigkeit koaxial in dem Gehäuse positioniert werden. So kann die Welle, insbesondere ein mit der Welle kombinierter Rotor, genauer positioniert werden, was sich in einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad der Turbomaschinenanordnung niederschlägt. Zusätzlich ergeben sich Performancevorteile weiterer an der Welle angebrachter Komponenten. So können durch die Bearbeitung der Radiallagerstellen an der vormontierten Gehäusebaugruppe kleinere Laufspalttoleranzen für Verdichterräder oder Turbinenräder realisiert werden, die an der Welle angebracht sind.In the case of a turbomachine arrangement with a driven shaft which is rotatably mounted in a housing with the aid of a bearing arrangement which comprises at least two bearings, the object is achieved in that the housing of the turbomachine arrangement comprises a preassembled housing assembly with at least two radial bearing points which are attached to the preassembled Housing assembly for machining the radial bearing points are accessible. In this way, the radial bearing points of the preassembled housing assembly can be machined in one setting before the bearings are mounted on the machined radial bearing locations of the preassembled housing assembly. The radial bearing points have, for example, the shape of straight circular cylinder jacket surfaces. The bearings used are preferably gas bearings, in particular air bearings. Such bearings, in particular air bearings, are particularly advantageous for mounting shafts that rotate extremely quickly. Such shafts are required, for example, in turbo compressors such as those used in particular for compressing air for supercharged internal combustion engines or for fuel cell systems. In this case, further components are usually mounted on or on the shaft, for example turbine wheels or compressor wheels, which are also referred to for short as turbine wheels or compressor wheels. In addition, the shaft is advantageously combined with a rotor of an electrical machine that can be rotated within a stator. By machining the radial bearing points of the preassembled housing assembly, preferably in one setting, the radial bearings used later can be positioned coaxially in the housing with significantly greater accuracy. In this way, the shaft, in particular a rotor combined with the shaft, can be positioned more precisely, which is reflected in an improved overall efficiency of the turbomachine arrangement. In addition, there are performance advantages for other components attached to the shaft. By machining the radial bearing points on the preassembled housing assembly, smaller running clearance tolerances can be achieved for compressor wheels or turbine wheels that are attached to the shaft.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe zur Darstellung einer Axiallagerstelle mindestens eine axiale Planfläche umfasst, die an der vormontierten Gehäusebaugruppe zur Bearbeitung der Radiallagerstellen und der axialen Planfläche zugänglich ist. So kann eine gewünschte Rechtwinkligkeit der axialen Planfläche, die zur Darstellung einer Axiallagerfläche dient, zu einer gedachten Achse durch die Radiallager an den Radiallagerstellen viel genauer und mit relativ geringem Aufwand realisiert werden als bei herkömmlichen Turbomaschinenanordnungen. Darüber hinaus kann so axial sehr kurz gebaut werden, was Gewicht und Bauraum einspart.A preferred embodiment of the turbomachine arrangement is characterized in that the preassembled housing assembly for representing an axial bearing point comprises at least one axial plane surface which is accessible on the preassembled housing assembly for machining the radial bearing points and the axial plane surface. Thus, a desired perpendicularity of the axial plane surface, which is used to represent an axial bearing surface, to an imaginary axis through the radial bearings at the radial bearing points can be realized much more precisely and with relatively little effort than with conventional turbo-machine arrangements. In addition, it can be built very short axially, which saves weight and space.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbomaschinenanordnung einen Stator umfasst, der in der vormontierten Gehäusebaugruppe in axialer Richtung zwischen zwei Lageraufnahmekörpern angeordnet ist. Der Stator umfasst zum Beispiel ein Blechpaket mit einer Statorwicklung. Darüber hinaus kann der Stator eine isolierende Folie und eine Vergussmasse umfassen. Der Stator begrenzt radial innen einen Rotoraufnahmeraum für einen Rotor, der an der Welle angebracht ist. Stator und Rotor dienen zur Darstellung einer elektrischen Maschine in der Turbomaschinenanordnung. Die Lageraufnahmekörper haben vorteilhaft eine Doppelfunktion. Zum einen dienen die Lageraufnahmekörper zur stabilen Aufnahme des Stators in der vormontierten Gehäusebaugruppe. Darüber hinaus dienen die Lageraufnahmekörper zur Darstellung der Radiallagerstellen an der Gehäusebaugruppe.Another preferred exemplary embodiment of the turbomachine arrangement is characterized in that the turbomachine arrangement comprises a stator which is arranged in the preassembled housing assembly in the axial direction between two bearing receiving bodies. The stator includes, for example, a laminated core with a stator winding. In addition, the stator can comprise an insulating film and a potting compound. The stator delimits a rotor receiving space for a rotor on the radially inside, which is attached to the shaft. The stator and rotor are used to represent an electrical machine in the turbomachine arrangement. The bearing receiving bodies advantageously have a dual function. On the one hand, the bearing mounting bodies serve to hold the stator in a stable manner in the preassembled housing assembly. In addition, the bearing receiving bodies serve to represent the radial bearing points on the housing assembly.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmekörper zwei einander zugewandte Hülsenabschnitte umfassen, auf die der Stator vormontiert ist. Dadurch wird die Herstellung der vormontierten Gehäusebaugruppe vereinfacht. Der Stator ist zum Beispiel auf die einander zugewandten Hülsenabschnitte der Lageraufnahme aufgepresst. Die Lageraufnahmekörper können mehrteilig ausgeführt sein. Die Lageraufnahmekörper umfassen vorteilhaft einander abgewandte Kreisringscheibenkörper, an den axial einander abgewandte Flächen des Stators bei der Vormontage der Gehäusebaugruppe zur Anlage kommen. Die Hülsenabschnitte sind vorteilhaft einstückig mit den Ringscheibenkörpern verbunden. Radial innen umfassen die Hülsenabschnitte Radiallageraufnahmen, die vorteilhaft in einer Aufspannung der vormontierten Gehäusebaugruppe bearbeitbar sind, zum Beispiel spanend bearbeitbar.Another preferred embodiment of the turbomachine arrangement is characterized in that the bearing receiving bodies comprise two mutually facing sleeve sections, on which the stator is pre-assembled. This simplifies the manufacture of the preassembled housing assembly. The stator is pressed onto the facing sleeve sections of the bearing receptacle, for example. The bearing receiving bodies can be designed in several parts. The bearing receiving bodies advantageously comprise circular disk bodies facing away from one another, on which surfaces of the stator facing axially one another come to rest during the preassembly of the housing assembly. The sleeve sections are advantageously connected in one piece with the annular disk bodies. Radially on the inside, the sleeve sections include radial bearing receptacles, which can advantageously be machined, for example machined, in one clamping of the preassembled housing assembly.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe eine Gehäusekühlstruktur für mindestens einen der Lageraufnahmekörper umfasst. Dadurch kann die Kühlung an den Lagerstellen im Betrieb der Turbomaschinenanordnung wirksam verbessert werden.Another preferred exemplary embodiment of the turbomachine arrangement is characterized in that the preassembled housing assembly comprises a housing cooling structure for at least one of the bearing receiving bodies. As a result, the cooling at the bearing points can be effectively improved during the operation of the turbomachine arrangement.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe eine Statorkühlstruktur umfasst, die den Stator radial außen ummantelt. Dadurch kann die Kühlung des Stators wirksam verbessert werden. Die Statorkühlstruktur kann gegebenenfalls vorteilhaft mit der Gehäusekühlstruktur kombiniert sein. Die Gehäusekühlstruktur und/oder die Statorkühlstruktur umfassen /umfasst vorteilhaft Kühlkanäle, die in mindestens einem entsprechenden Gehäusekühlkörper ausgespart oder ausgenommen sind. Die Kühlkanäle erstrecken sich vorteilhaft in einer Umfangsrichtung. Die Begriffe radial, axial und in Umfangsrichtung beziehen sich im Rahmen der beanspruchten Turbomaschinenanordnung auf die Drehachse der Welle. Je nach Ausführung ummantelt die Statorkühlstruktur nur den Stator in der vormontierten Gehäusebaugruppe. Die Statorkühlstruktur kann in der vormontierten Gehäusebaugruppe aber auch sowohl den Stator als auch die Lageraufnahmekörper radial außen ummanteln. Dann dient die Statorkühlstruktur sowohl zur Kühlung der Lageraufnahmekörper, und damit der Lager, sowie zur Kühlung des Stators.Another preferred exemplary embodiment of the turbomachine arrangement is characterized in that the preassembled housing assembly comprises a stator cooling structure which encases the stator radially on the outside. This can effectively improve the cooling of the stator. The stator cooling structure can optionally be advantageously combined with the housing cooling structure. The housing cooling structure and / or the stator cooling structure advantageously comprise / comprises cooling channels which are recessed or excluded in at least one corresponding housing cooling body. The cooling channels advantageously extend in a circumferential direction. The terms radial, axial and in the circumferential direction relate in the context of the claimed turbomachine arrangement to the axis of rotation of the shaft. Depending on the design, the stator cooling structure only encases the stator in the preassembled housing assembly. In the preassembled housing assembly, however, the stator cooling structure can also encase both the stator and the bearing receiving body radially on the outside. The stator cooling structure then serves both to cool the bearing receiving bodies, and thus the bearings, as well as to cool the stator.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe eine Hülse umfasst, welche die Statorkühlstruktur für den Stator radial außen ummantelt. Die Hülse dient, insbesondere in Kombination mit der Statorkühlstruktur, vorteilhaft dazu, den Stator radial in der vormontierten Gehäusebaugruppe zu fixieren. Die Statorkühlstruktur ist zum Beispiel mit den Lageraufnahmekörpern verpresst.Another preferred exemplary embodiment of the turbomachine arrangement is characterized in that the preassembled housing assembly comprises a sleeve which encases the stator cooling structure for the stator radially on the outside. The sleeve, in particular in combination with the stator cooling structure, advantageously serves to fix the stator radially in the preassembled housing assembly. The stator cooling structure is press-fitted with the bearing receiving bodies, for example.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Brennstoffzellensystem mit einer Luftzuführeinrichtung, die ein Verdichterrad umfasst, das mit einem Turbinenrad in einer vorab beschriebenen Turbomaschinenanordnung kombiniert ist. Die Luftzuführeinrichtung dient in dem Brennstoffzellensystem zum Verdichten von Luft, die einem Brennstoffzellenstack in dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird. Das Abgas, das auch als Abluft bezeichnet wird, das aus dem Brennstoffzellenstack austritt, kann vorteilhaft genutzt werden, um das Turbinenrad der Turbomaschinenanordnung anzutreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine verwendet werden, um das Verdichterrad der Luftzuführeinrichtung anzutreiben.The invention further relates to a fuel cell system with an air supply device which comprises a compressor wheel which is combined with a turbine wheel in a turbomachine arrangement described above. The air supply device is used in the fuel cell system to compress air that is supplied to a fuel cell stack in the fuel cell system. The exhaust gas, which is also referred to as exhaust air, which emerges from the fuel cell stack, can advantageously be used to drive the turbine wheel of the turbomachine arrangement. Alternatively or additionally, the electric machine can be used to drive the compressor wheel of the air supply device.

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer vorab beschriebenen Turbomaschinenanordnung ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Radiallagerstellen der vormontierten Gehäusebaugruppe in einer Aufspannung bearbeitet werden, bevor die Lager an den bearbeiteten Radiallagerstellen der vormontierten Gehäusebaugruppe montiert werden. Dadurch wird die Positioniergenauigkeit der Welle, insbesondere eines Rotors an der Welle, deutlich verbessert. Besonders vorteilhaft wird in der gleichen Aufspannung, in der die Radiallagerstellen der vormontierten Gehäusebaugruppe bearbeitet werden, die mindestens eine axiale Planfläche bearbeitet, die zur Darstellung der Axiallagerstelle dient.In a method for producing a turbomachine arrangement described above, the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the radial bearing points of the preassembled housing assembly are machined in one setting before the bearings are mounted on the machined radial bearing locations of the preassembled housing assembly. This significantly improves the positioning accuracy of the shaft, in particular of a rotor on the shaft. It is particularly advantageous in the same set-up in which the radial bearing points of the preassembled housing assembly are processed that at least one axial plane surface is processed, which is used to represent the axial bearing point.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine vormontierte Gehäusebaugruppe für eine vorab beschriebene Turbomaschinenanordnung. Die vormontierte Gehäusebaugruppe ist separat handelbar. Die Lagerstellen an der vormontierten Gehäusebaugruppe können nicht nur zur Aufnahme von Lagern verwendet werden. Die Lagerstellen an der vormontierten Gehäusebaugruppe können vorteilhaft zur Darstellung der Lager selbst dienen.The invention also relates to a preassembled housing assembly for a turbo machine arrangement described above. The pre-assembled housing assembly can be traded separately. The bearing points on the preassembled housing assembly can not only be used to hold bearings. The bearings on the preassembled housing assembly can advantageously be used to represent the bearings themselves.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which various exemplary embodiments are described in detail with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:

  • 1 eine vormontierte Baugruppe einer Turbomaschinenanordnung mit einer Statorkühlstruktur, die radial nach außen offene Kühlkanäle umfasst, die durch eine Hülse abgeschlossen sind, im Längsschnitt;
  • 2 eine ähnliche vormontierte Gehäusebaugruppe wie in 1 mit geschlossenen Kühlkanälen in der Statorkühlstruktur;
  • 3 eine ähnliche vormontierte Gehäusebaugruppe wie in den 1 und 2 mit einer Statorkühlstruktur, die sowohl einen Stator als auch zwei dem Stator benachbarte Lageraufnahmekörper radial außen ummantelt;
  • 4 die Baugruppe aus 1 vor einer Vormontage; und
  • 5 einen Lageraufnahmekörper der Turbomaschinenanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Gehäusekühlstruktur.
Show it:
  • 1 a preassembled subassembly of a turbomachine arrangement with a stator cooling structure which comprises cooling channels which are open radially outward and which are closed by a sleeve, in longitudinal section;
  • 2 a similar pre-assembled housing assembly as in 1 with closed cooling channels in the stator cooling structure;
  • 3 a similar pre-assembled housing assembly as in the 1 and 2 with a stator cooling structure which encases both a stator and two bearing receiving bodies adjacent to the stator radially on the outside;
  • 4th the assembly 1 before pre-assembly; and
  • 5 a bearing receiving body of the turbomachine arrangement according to a further exemplary embodiment with a housing cooling structure.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In den 1 bis 3 ist eine Turbomaschinenanordnung 1 in drei verschiedenen Ausführungsbeispielen schematisch im Längsschnitt dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden in den 1 bis 3 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zunächst wird auf die Gemeinsamkeiten in den drei Ausführungsbeispielen eingegangen. Danach werden die Unterschiede zwischen den drei Ausführungsbeispielen erläutert.In the 1 until 3 is a turbomachine assembly 1 shown schematically in longitudinal section in three different exemplary embodiments. To designate the same or similar parts, the 1 until 3 the same reference numerals are used. First of all, the similarities in the three exemplary embodiments will be discussed. Then the differences between the three exemplary embodiments will be explained.

Die Turbomaschinenanordnung 1 umfasst ein Antriebssystem mit einer angetriebenen Welle 2, die stark vereinfacht nur durch ihre Drehachse 3 angedeutet ist. Die Turbomaschinenanordnung 1 dient zum Beispiel in einem Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft für eine Brennstoffzelle.The turbomachine assembly 1 includes a drive system with a driven shaft 2 that is greatly simplified only by its axis of rotation 3 is indicated. The turbomachine assembly 1 serves, for example, in a fuel cell system to provide compressed air for a fuel cell.

In 1 ist durch ein Rechteck 40 eine Luftzuführeinrichtung mit einem Verdichterrad 41 angedeutet. Das Verdichterrad 41 ist drehfest mit einem in 1 linken Ende der angetriebenen Welle 2 verbunden. Ein ebenfalls nur durch ein Rechteck angedeutetes Turbinenrad 42 ist in 1 mit einem rechten Ende der angetriebenen Welle 2 verbunden.In 1 is by a rectangle 40 an air supply device with a compressor wheel 41 indicated. The compressor wheel 41 rotates with an in 1 left end of the driven shaft 2 tied together. A turbine wheel also only indicated by a rectangle 42 is in 1 with a right end of the driven shaft 2 tied together.

Die Welle 2 ist mit Hilfe einer Lageranordnung 4 in einem Gehäuse 5 der Turbomaschinenanordnung 1 drehbar gelagert. Die Lageranordnung 4 umfasst zwei Lager 6, 7, die als Radiallager ausgeführt sind. Das Lager 6 ist an einer Radiallagerstelle 8 in 1 links in einen Lageraufnahmekörper 15 des Gehäuses 5 montiert. Das Lager 7 ist in 1 rechts an einer Radiallagerstelle 9 in einen Lageraufnahmekörper 16 des Gehäuses 5 montiert.The wave 2 is with the help of a bearing arrangement 4th in one housing 5 the turbomachine assembly 1 rotatably mounted. The bearing arrangement 4th includes two camps 6th , 7th that are designed as radial bearings. The warehouse 6th is at a radial bearing point 8th in 1 left in a bearing receiving body 15th of the housing 5 assembled. The warehouse 7th is in 1 on the right at a radial bearing 9 in a bearing receiving body 16 of the housing 5 assembled.

Die Turbomaschinenanordnung 1 umfasst zusätzlich zu den als Radiallager ausgeführten Lagern 6, 7 mindestens eine Axiallagerstelle 10, die zur Darstellung eines nicht weiter dargestellten Axiallagers dient. Der Lageraufnahmekörper 15 umfasst zur Darstellung der Axiallagerstelle 10 eine axiale Planfläche 11, die in 1 links angeordnet ist. Eine weitere axiale Planfläche 12 ist in 1 rechts an dem Lageraufnahmekörper 16 ausgebildet.The turbomachine assembly 1 includes in addition to the bearings designed as radial bearings 6th , 7th at least one axial bearing 10 , which is used to represent a thrust bearing not shown. The bearing receiving body 15th includes to represent the axial bearing 10 an axial plane surface 11 , in the 1 is arranged on the left. Another axial plane surface 12th is in 1 right on the bearing receiving body 16 educated.

Die Turbomaschinenanordnung 1 umfasst eine vormontierte Gehäusebaugruppe 13, die einen Stator 14 und die beiden Lageraufnahmekörper 15, 16 umfasst. Der Stator 14 umfasst ein Blechpaket 17 und eine Statorwicklung 18. Radial innen begrenzt der Stator 14 einen Rotoraufnahmeraum 19. In dem Rotoraufnahmeraum 19 ist ein (nicht dargestellter) Rotor drehbar angeordnet, der an der angetriebenen Welle 2 angebracht ist.The turbomachine assembly 1 includes a pre-assembled housing assembly 13th who have favourited a stator 14th and the two bearing receiving bodies 15th , 16 includes. The stator 14th includes a laminated core 17th and a stator winding 18th . The stator delimits radially on the inside 14th a rotor receiving space 19th . In the rotor receiving space 19th a (not shown) rotor is rotatably arranged on the driven shaft 2 is appropriate.

Die Lageraufnahmekörper 15, 16 umfassen jeweils einen Hülsenabschnitt 21, 22. Die Hülsenabschnitte 21, 22 haben die Gestalt von geraden Kreiszylindermänteln und stellen radial innen die Radiallagerstellen 8, 9 zur Aufnahme der Lager 6, 7 dar. Die Lager 6, 7 sind vorzugsweise als Gaslager, insbesondere als Luftlager, ausgeführt. Die Gaslager sind zum Beispiel als Folienlager oder als Kippsegmentlager ausgeführt.The bearing receptacle 15th , 16 each include a sleeve section 21 , 22nd . The sleeve sections 21 , 22nd have the shape of straight circular cylinder jackets and provide the radial bearing points radially on the inside 8th , 9 to accommodate the bearings 6th , 7th represent. The camp 6th , 7th are preferably designed as gas bearings, in particular as air bearings. The gas bearings are designed, for example, as foil bearings or as tilting segment bearings.

Die Hülsenabschnitte 21, 22 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen einstückig mit Ringscheibenkörpern der Lageraufnahmekörper 15, 16 verbunden. Axial außen, das heißt in den 1 bis 3 links und rechts sind die axialen Planflächen 11, 12 an den nicht näher bezeichneten Ringscheibenkörpern der Lageraufnahmekörper 15, 16 ausgebildet.The sleeve sections 21 , 22nd are in the illustrated embodiments in one piece with annular disk bodies of the bearing receiving body 15th , 16 tied together. Axially outside, that is to say in the 1 until 3 left and right are the axial planar surfaces 11 , 12th on the unspecified annular disk bodies of the bearing receiving bodies 15th , 16 educated.

Der Stator 14 ist mit seiner Statorwicklung 18 radial außen auf die Hülsenabschnitte 21, 22 der Lageraufnahmekörper 15, 16 aufgepresst. So wird eine stabile vormontierte Gehäusebaugruppe 13 geschaffen, an der die beiden Radiallagerstellen 8, 9 sowie die axiale Planfläche11 in einer Aufspannung bearbeitbar, zum Beispiel spanend bearbeitbar, sind.The stator 14th is with its stator winding 18th radially outside on the sleeve sections 21 , 22nd the bearing receiving body 15th , 16 pressed on. This creates a stable, pre-assembled housing assembly 13th created at which the two radial bearing points 8th , 9 and the axial plane surface 11 can be machined, for example machined, in one setting.

Der Stator 14 ist vorteilhaft in der vormontierten Gehäusebaugruppe 13 mit einer Statorkühlstruktur 23; 30 kombiniert. Die Statorkühlstruktur 23 ummantelt den Stator 14 radial außen, wie man in 1 und 2 sieht. In 1 umfasst die Statorkühlstruktur 23 radial nach außen offene Kühlkanäle 24. In 2 umfasst die Statorkühlstruktur 23 geschlossene Kühlkanäle 25.The stator 14th is advantageous in the pre-assembled housing assembly 13th with a stator cooling structure 23 ; 30th combined. The stator cooling structure 23 encases the stator 14th radially outside, as shown in 1 and 2 sees. In 1 includes the stator cooling structure 23 cooling channels open radially to the outside 24 . In 2 includes the stator cooling structure 23 closed cooling channels 25th .

Die Statorkühlstruktur 23 ist in den 1 und 2 mit einer Hülse 26 ummantelt. Die Hülse 26 ist mit der Statorkühlstruktur 23 Teil der vormontierten Gehäusebaugruppe 13.The stator cooling structure 23 is in the 1 and 2 with a sleeve 26th encased. The sleeve 26th is with the stator cooling structure 23 Part of the pre-assembled housing assembly 13th .

In 4 ist die Gehäusebaugruppe aus 1 mit dem Stator 14, der Statorkühlstruktur 23, der Hülse 26 und den Lageraufnahmekörpern 15, 16 vor der Vormontage dargestellt. Die Lager 6, 7 werden, anders als dargestellt, vorteilhaft erst nach einer Bearbeitung der Radiallagerstellen 8, 9 und der axialen Planfläche 11 beziehungsweise 12 in den Lageraufnahmekörpern 15, 16 montiert.In 4th the housing assembly is off 1 with the stator 14th , the stator cooling structure 23 , the sleeve 26th and the bearing receptacles 15th , 16 shown before pre-assembly. Camps 6th , 7th are, contrary to what is shown, advantageously only after one Machining of the radial bearing points 8th , 9 and the axial plane surface 11 respectively 12th in the bearing mounts 15th , 16 assembled.

Die Statorkühlstruktur 23 dient in der vormontierten Gehäusebaugruppe 13 vorteilhaft dazu, den Stator 14 radial zu fixieren, indem das Blechpaket 17 des Stators 14 aufgenommen wird. Dieser Zusammenbau wird dann, wie sich aus einer Zusammenschau der 1 und 4 ergibt, mit den Lageraufnahmekörpern 15, 16 verpresst. Dabei werden die Wickelköpfe der Statorwicklung 18 axial kürzer. Im selben Montagezug werden die Wickelköpfe zusätzlich radial nach außen gedrückt.The stator cooling structure 23 is used in the pre-assembled housing assembly 13th advantageous to the stator 14th to be fixed radially by the laminated core 17th of the stator 14th is recorded. This assembly is then, as is evident from a synopsis of the 1 and 4th results, with the bearing receiving bodies 15th , 16 pressed. The end turns of the stator winding 18th axially shorter. In the same assembly train, the winding heads are also pressed radially outwards.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils eine fertigverpresste Gehäusebaugruppe 13. In 4 ist der Zustand vor der Verpressung gezeigt.the 1 until 3 each show a fully pressed housing assembly 13th . In 4th the state before pressing is shown.

Zur elektrischen Isolation können die Lageraufnahmekörper 15, 16 und/oder die Statorkühlstruktur 23, zumindest teilweise, beschichtet sein. Die Lageraufnahmekörper 15, 16 und die Statorkühlstruktur 23 sind gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorteilhaft aus einem elektrisch nichtleitenden Material gebildet. Dann kann eine ansonsten zur Isolierung erforderliche Beschichtung entfallen.The bearing receiving bodies can be used for electrical insulation 15th , 16 and / or the stator cooling structure 23 , at least partially, be coated. The bearing receptacle 15th , 16 and the stator cooling structure 23 are advantageously formed according to a further aspect of the invention from an electrically non-conductive material. A coating otherwise required for insulation can then be omitted.

Statt der vorab beschriebenen Presspassungen können die einzelnen Komponenten der vormontierten Gehäusebaugruppe 13 auch verschweißt, verklebt und/oder verschraubt werden.Instead of the previously described press fits, the individual components of the preassembled housing assembly 13th can also be welded, glued and / or screwed.

Die vormontierte Baugruppe 13 kann dann in einer Werkzeugaufnahme aufgenommen werden, so dass finale Bearbeitungsschritte, wie Schleifen und/oder Honen, an den Radiallagerstellen 8, 9 vorgenommen werden können. Dabei werden die Radiallagerbohrungen für die Radiallager 6, 7 so vorbereitet, dass sie exakt koaxial zueinander sind. Anschließend können die Radiallager 6, 7 montiert werden.The pre-assembled assembly 13th can then be accommodated in a tool holder, so that final machining steps, such as grinding and / or honing, at the radial bearing points 8th , 9 can be made. The radial bearing bores are thereby used for the radial bearings 6th , 7th prepared so that they are exactly coaxial with each other. Then the radial bearings 6th , 7th to be assembled.

Je nach Ausführung werden die Radiallager 6, 7 eingepresst oder verschraubt. Bei der Bearbeitung der Radiallagerstellen 8, 9 wird vorteilhaft mindestens eine der axialen Planflächen 11, 12 hergestellt, insbesondere spanend bearbeitet, um zusätzlich zu den Radiallagern 6, 7 ein Axiallager darzustellen. Je nach Ausführung können noch weitere Komponenten, wie Voluten, in der vormontierten Gehäusebaugruppe 13 enthalten sein.Depending on the design, the radial bearings 6th , 7th pressed in or screwed. When machining the radial bearing points 8th , 9 is advantageous at least one of the axial planar surfaces 11 , 12th manufactured, in particular machined, in addition to the radial bearings 6th , 7th to represent a thrust bearing. Depending on the design, additional components, such as volutes, can be added to the pre-assembled housing assembly 13th be included.

Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Turbomaschinenanordnung 1 sind zusätzlich zu dem Stator 14 noch die beiden Lageraufnahmekörper 15, 16 mit der Statorkühlstruktur 30 ummantelt. Die Statorkühlstruktur 30 umfasst radial nach außen offene Kühlkanäle 31. Die Statorkühlstruktur 30 mit den Kühlkanälen 31 ist radial außen komplett von einer Hülse 32 umgeben.The in 3 illustrated embodiment of the turbomachine assembly 1 are in addition to the stator 14th nor the two bearing mounting bodies 15th , 16 with the stator cooling structure 30th encased. The stator cooling structure 30th comprises cooling channels that are open radially outward 31 . The stator cooling structure 30th with the cooling channels 31 is completely radially outward from a sleeve 32 surround.

In 5 ist gezeigt, dass alternativ oder zusätzlich eine Gehäusekühlstruktur 36 mit Kühlkanälen 37 an einem Lageraufnahmekörper 35 vorgesehen sein kann. Der Lageraufnahmekörper 35 mit der Gehäusekühlstruktur 36 kann in der Turbomaschinenanordnung 1, wie sie in den 1 bis 3 dargestellt ist, anstelle des Lageraufnahmekörpers 15 verwendet werden.In 5 it is shown that, as an alternative or in addition, a housing cooling structure 36 with cooling channels 37 on a bearing receiving body 35 can be provided. The bearing receiving body 35 with the case cooling structure 36 can in the turbomachine assembly 1 like them in the 1 until 3 is shown, instead of the bearing receiving body 15th be used.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (10)

Turbomaschinenanordnung (1) mit einer angetriebenen Welle (2), die in einem Gehäuse (5) mit Hilfe einer Lageranordnung (4) drehbar gelagert ist, die mindestens zwei Lager (6,7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) der Turbomaschinenanordnung (1) eine vormontierte Gehäusebaugrupppe (13) mit mindestens zwei Radiallagerstellen (8,9) umfasst, die an der vormontierten Gehäusebaugruppe (13) zur Bearbeitung der Radiallagerstellen (8,9) zugänglich sind.Turbomachine arrangement (1) with a driven shaft (2) which is rotatably supported in a housing (5) with the aid of a bearing arrangement (4) which comprises at least two bearings (6, 7), characterized in that the housing (5) the turbomachine arrangement (1) comprises a preassembled housing assembly (13) with at least two radial bearing points (8,9) which are accessible on the preassembled housing assembly (13) for machining the radial bearing points (8,9). Turbomaschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe (13) zur Darstellung einer Axiallagerstelle (10) mindestens eine axiale Planfläche (11,12) umfasst, die an der vormontierten Gehäusebaugruppe (13) zur Bearbeitung der Radiallagerstellen (8,9) und der axialen Planfläche (11,12) zugänglich ist.Turbomachine arrangement according to Claim 1 , characterized in that the preassembled housing assembly (13) for representing an axial bearing point (10) comprises at least one axial plane surface (11,12) which is attached to the preassembled housing assembly (13) for machining the radial bearing points (8,9) and the axial plane surface (11,12) is accessible. Turbomaschinenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbomaschinenanordnung (1) einen Stator (14) umfasst, der in der vormontierten Gehäusebaugruppe (13) in axialer Richtung zwischen zwei Lageraufnahmekörpern (15,16) angeordnet ist.Turbomachine arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the turbomachine arrangement (1) comprises a stator (14) which is arranged in the preassembled housing assembly (13) in the axial direction between two bearing receiving bodies (15, 16). Turbomaschinenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahmekörper (15,16) zwei einander zugewandte Hülsenabschnitte (21,22) umfassen, auf die der Stator (14) vormontiert ist.Turbomachine arrangement according to Claim 3 , characterized in that the bearing receiving bodies (15, 16) comprise two mutually facing sleeve sections (21, 22) on which the stator (14) is preassembled. Turbomaschinenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe (13) eine Gehäusekühlstruktur (36) für mindestens einen der Lageraufnahmekörper (15,16) umfasst.Turbomachine arrangement according to Claim 3 or 4th , characterized in that the preassembled housing assembly (13) comprises a housing cooling structure (36) for at least one of the bearing receiving bodies (15, 16). Turbomaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe (13) eine Statorkühlstruktur (23;30) umfasst, die den Stator (14) radial außen ummantelt.Turbomachine arrangement according to one of the Claims 3 until 5 , characterized in that the preassembled housing assembly (13) comprises a stator cooling structure (23; 30) which encases the stator (14) radially on the outside. Turbomaschinenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Gehäusebaugruppe (13) eine Hülse (26; 38) umfasst, welche die Statorkühlstruktur (23;30) für den Stator (14) radial außen ummantelt.Turbomachine arrangement according to Claim 6 , characterized in that the preassembled housing assembly (13) comprises a sleeve (26; 38) which encases the stator cooling structure (23; 30) for the stator (14) radially on the outside. Brennstoffzellensystem mit einer Luftzuführeinrichtung (40), die ein Verdichterrad (41) umfasst, das mit einem Turbinenrad (42) in einer Turbomaschinenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche kombiniert ist.Fuel cell system with an air supply device (40) which comprises a compressor wheel (41) which is combined with a turbine wheel (42) in a turbo machine arrangement (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen einer Turbomaschinenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallagerstellen (8,9) der vormontierten Gehäusebaugruppe (13) in einer Aufspannung bearbeitet werden, bevor die Lager (6,7) an den bearbeiteten Radiallagerstellen (8,9) der vormontierten Gehäusebaugruppe (13) montiert werden.Method for producing a turbomachine arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the radial bearing points (8,9) of the preassembled housing assembly (13) are machined in one setting before the bearings (6,7) are mounted on the machined radial bearing locations (8,9) of the preassembled housing assembly (13). Vormontierte Gehäusebaugruppe (13) für eine Turbomaschinenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Pre-assembled housing assembly (13) for a turbomachine arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 7th .
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