DE102022117674A1

DE102022117674A1 - Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine

Info

Publication number: DE102022117674A1
Application number: DE102022117674.6A
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Weser; Jörg Weser; Gunther Weser; Shanfeng Liu
Original assignee: 3w Turbo GmbH
Current assignee: 3w Turbo GmbH
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Die Turbomaschine, wie Turboverdichter, Turbine oder einer Kombination davon, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine, mit einer Welle (1), die in mindestens einem radialen Gas- und/oder Luftlager, einem weiteren radialen und/oder axialen Lager oder einem Radial-Axiallager gelagert ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) von einem Gehäuseteil (5) umgeben ist, welches im Bereich des Gaslagers, vorzugsweise im Inneren des Gehäuseteils (5), eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Porenstruktur oder eine schaumartige Struktur aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, wie Turboverdichter, Turbine oder einer Kombination davon, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine, mit einer Welle (1), die in mindestens einem radialen Gas- und/oder Luftlager, einem weiteren radialen und/oder axialen Lager oder einem Radial-Axiallager gelagert ist.
Zum Stand der Technik
Für sehr schnelllaufende Turbomaschinen, d.h. Turboverdichter, Turbinen oder Kombinationen dieser, mit Drehzahlen in der Größenordnung von 100 000 min^-1 oder mehr werden in der Regel direkt angetriebene Antriebssysteme bevorzugt. Zur Lagerung werden hier Wälzlager, ölgeschmierte Gleitlager, Luft- bzw. Gaslager und Magnetlager eingesetzt. Luft- bzw. Gaslager stellen eine besonders wirtschaftliche Lösung für hohe Drehzahlen dar und bieten den Vorteil der Öl- bzw. Fettfreiheit.
Bei Lagerungen für solche hohen Drehzahlen kommt es in der Regel schnell zu Schwingungen u.a. auf Grund von Unwuchten oder Eigenfrequenzen des Rotors. Um einen zuverlässigen Betrieb bei hohen Drehzahlen gewährleisten zu können, müssen in der Regel zusätzliche schwingungsdämpfende Elemente eingesetzt werden. So sind Quetschöldämpfer für Wälzlagerungen z.B. für den Einsatz in Turboladern bekannt, wie in DE 10 2012 206 556 A1 oder in DE 10 2011 081 419 A1 offenbart. Weiterhin ist auch der Einsatz von O-Ringen zur Lagerdämpfung für Wälzlager und aerodynamische Radiallager aus der Literatur bekannt.
Durch die für die Funktion notwendigen geringen Lagerspalte von nur wenigen Mikrometern sind gasgelagerte Systeme zudem thermisch empfindlich, d.h. durch Temperaturänderungen hervorgerufene Dehnungen oder Schrumpfungen müssen ebenfalls möglichst kompensiert werden.
Da bei radialen Gaslagern die Welle auf einem statisch erzeugten oder dynamisch sich ausbildenden Druckfilm eines kompressiblen Mediums bzw. Gases wie z.B. Luft gelagert wird, ist die Verwendung von Öl innerhalb der Turbomaschine meist nicht gewünscht, um beispielsweise ölfreie Luft zu komprimieren oder zu entspannen. Deshalb kommen Ölquetschdämpfer bei Gas- bzw. Luftlagern in der Regel nicht zum Einsatz.
Beim Einsatz von O-Ringen als Lagerdämpfung kommt es zu Ausrichtungsproblemen, einer unzureichenden Wiederholbarkeit der Montage, der Gefahr des Verdrehens/Verdrillung des O-Ringes, einer begrenzten Lebensdauer bei hohen Temperaturen und dynamischen Eigenschaften, die von vielen Parametern abhängen, z.B. Erregungsfrequenz und Temperatur.
Bei „starren“ Gaslagern, bei denen die Welle in starren Buchsen, die elastisch im Gehäuse eingesetzt sind, gelagert wird, ist eine gute Dämpfung und Verformungskompensation im Gegensatz zu sogenannten Folienlagern besonders entscheidend. Unter starren Gaslagern versteht man einfache zylindrische Gaslager mit glatten Laufflächen an Welle und Buchse oder auch sogenannte Spiralrillenlager, bei denen Welle oder Buchse mit spiralförmigen Rillen versehen sind.
Aus diversen Veröffentlichungen und der Fachliteratur ist bekannt, dass bei diesen einfachen radialen Gaslagern oder auch radialen Spiralrillenlagern in der Regel O-Ringe als Dämpfungselemente zum Einsatz kommen.
DE 10 2005 061 853 A1 offenbart als alternatives Dämpfungselement zu O-Ringen eine viskoelastische Polymerfolie mit Dicken von vorzugsweise 10 bis 100 µm. Da für schnelllaufende Turbomaschinen mit Wälz- oder Gaslagern zwischen Lagerbuchse und Gehäuse üblicherweise Schwingspalte von mehreren Zehnteln Millimeter mittels O-Ringen oder Ölquetschdämpfern realisiert werden, ist der Einsatz einer viskoelastischen Polymerfolie für den Einsatz in starren Gaslagern für Turbomaschinen in dieser Art und Weise schwer bzw. nicht vorstellbar. Darüber hinaus sind die Einsatztemperaturen für solche Polymerfolien beschränkt, da die Temperaturen von Turbomaschinen schnell die max. Einsatztemperaturen überschreiten oder die min. Einsatztemperaturen unterschreiten können.
EP 3 324 062 A1 offenbart den Versuch, Verformungen bei Gaslagerungen in Folge von hohen Temperaturen und/oder hohen Temperaturunterschieden und/oder weiteren insbesondere variablen Gasdrücken oder Fliehkräften durch Kombination unterschiedlich elastischer Bauteile, d.h. Lagerbaugruppe, Gehäuse und ein zwischen diesen angeordneten weiteren Bereich (Lagerträger oder -flansch), zu lösen. Hierbei liegt der Fokus auf einer Formgebung des Lagerflansches, welcher elastischer ausgebildet sein soll als der Bereich der Lagerbaugruppe. Diese elastischere Formgebung kann durch geometrische Materialschwächung, wie beispielsweise Bohrungen, Einstiche/Schlitze oder Rippen erzielt werden. Mit diesem Konzept wird die Kompensation der Wärmedehnungen sicherlich erfolgreich realisiert. Wie damit eine ausreichende Dämpfung der Lagerung erzielt wird, bleibt hier offen.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Aufbau für radiale Gas- bzw. Luftlager in Turbomaschinen bereitzustellen, welcher auch bei hohen bzw. sehr hohen Drehzahlen und/oder thermischen Beanspruchungen sowie unterschiedlichen Betriebseinflüssen, wie z.B. Fliehkräften, den Lagerspalt für das kompressible Gas, wie z.B. Luft, von nur wenigen Mikrometern möglichst konstant hält und insbesondere eine ausreichende Dämpfung der Lagerung für einen sicheren Betrieb gewährleistet. Weiterhin wird eine Verbesserung der Lagerausrichtung und eine zuverlässig wiederholbare Montage angestrebt.
Diese Aufgabe wird bei einer Turbomaschine, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Welle (1) von einem Gehäuseteil (5) umgeben ist, welches im Bereich des Gas- bzw. Luftlagers, vorzugsweise im Inneren des Gehäuseteils (5), eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Porenstruktur oder eine schaumartige Struktur aufweist.
Vorteile der Erfindung
Von Vorteil ist, dass die Hohlraumstruktur Wärmedehnungen gut kompensiert und gleichzeitig eine sehr gute Schwingungsdämpfung durch Reibung zwischen zwei und mehr Elementen bzw. Kontaktflächen erfolgt.
Ein weiterer Vorteil ist die Gewichtsreduzierung infolge der Hohlraumstruktur, bei gleichzeitiger Versteifung des Gehäuses. Das ist insbesondere bei mobilen Anwendungen der schnelllaufenden Turbomaschinen vorteilhaft.
Durch den Einsatz hochdämpfender Cu-Al-Mn-Legierungen für das Gehäuse bzw. Teile des Gehäuses besteht eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur drastischen Schwingungsdämpfung im Vergleich zu anderen Werkstoffen.
Durch diese Vorteile können bereits mittels des Lagergehäuses Wärmeausdehnungen und Schwingungen, die in der Maschine entstehen oder auch von außen, insbesondere bei mobilen Einsatzfällen auf die Maschine wirken können, kompensiert werden.
Eine durchgängige Hohlraumstruktur bietet zudem den Vorteil, dass ein Druckausgleich zwischen zwei Druckräumen erfolgen und somit der Druck auf beiden Seiten einer radialen Gaslagerung gleich bzw. annähernd gleich eingestellt werden kann und so die Funktionsfähigkeit eines insbesondere dynamischen Gaslagers verbessert wird.
Von Vorteil ist, dass das Feder-Dämpfer-Element neben einer elastischen Aufhängung der Lagerbuchse eine selbsttätige Ausrichtung dieser in Relation zu einer zweiten Lagerstelle ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
So wird vorgeschlagen,

- dass die Welle (1) von einer Lagerbuchse (2) umgeben ist, welche wiederum von dem Gehäuseteil (5) umgeben ist, und dass zwischen der Lagerbuchse (2) und dem Gehäuseteil (5) ein Feder-Dämpfer-Element angeordnet ist, welches vorzugsweise in einer Nut an der Innenseite des Gehäuseteils (5) angeordnet ist,
- dass die Lagerbuchse (2) einen Lagerspalt zwischen Welle und Innendurchmesser der Buchse von nur wenigen Mikrometern aufweist, wodurch die Welle im Betrieb auf einem Druckfilm eines kompressiblen Mediums getragen wird und die Lagerbuchse (2) mittels des Feder-Dämpfer-Elementes (3) mit einem Gehäuse (4) und/oder dem Gehäuseteil (5) verbunden ist, dass das Feder-Dämpfer-Element radial oder axial zwischen der Lagerbuchse und dem die Hohlraumstruktur aufweisenden Gehäuseteil angeordnet ist,
- dass das Gehäuse (4) oder zumindest Teile des Gehäuses (5) in der Umgebung der Lagerstelle aus einer speziellen schwingungsdämpfenden bzw. hochdämpfenden Cu-Al-Mn-Legierung besteht, bei welchen durch Schwingungen und Vibrationen eine reversible martensitische Phasenumwandlung erfolgt und somit in einem bestimmten Temperaturintervall von 30 bis 40 K eine sehr hohe Dämpfung erzielbar ist, wobei das Temperaturintervall zwischen -100 °C und 150 °C durch Variation der chemischen Zusammensetzung verschiebbar ist,
- dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) an zumindest zwei auf dem Umfang gegenüberliegenden Bereichen (6) mit dem übrigen Gehäuse (4) verbunden ist, welche kreisförmig oder als eine beliebige Gehäuseaußengeometrie gestaltet sind und die zwischen den Bereichen (6) befindlichen Wandungen (7) gerade oder gekrümmt ausgeführt sind, dass die Wandungen (7) einen Freiraum zu einem Gehäuseinnenraum bilden und dabei zu einem kleinen oder größeren Längenanteil in Gehäusestegen (8) geführt , dass die Passung dabei zwischen den Wandungen (7) und den Führungsstegen (8) des Gehäuses (4) ein enges Spiel aufweist, so dass es in Folge von Wärmedehnungen und Vibrationen zum Kontakt der beiden Begrenzungsflächen - Wandungen (7) und Gehäuseführungsstege (8)- und somit zu Reibbewegungen zwischen diesen Flächen kommt,
- dass zwischen den Wandungen (7) und den Gehäuseführungsstegen (8) ein leicht gewelltes oder zumindest vorgebogenes dünnes Federblech (9) geklemmt wird, welches die Wandungen (7) und die Führungsstege (8) an jeweils zumindest einer Stelle oder mehreren Stellen berührt, wobei das Federblech vorzugsweise aus Federstahl besteht,
- dass ein Federblech (10) an den Gehäuseführungsstegen (8) so befestigt ist, dass es im Bereich des Freiraums zwischen dem Gehäuseinnenraum oder den Gehäuseführungsstegen (8) und den Wandungen (7) auf Grund seiner Vorspannung gegen die Wandungen (7) des mit Hohlräumen ausgeführten Gehäuseteils (5) gedrückt wird, wobei das Federblech vorzugsweise aus Federstahl besteht,
- dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) die Lagerbuchse über den vollen Umfang umschließt,
- dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) die Lagerbuchse nicht über den vollen Umfang umschließt,
- dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) Zellen gleicher Grundgeometrien umfasst, dass die Zellgeometrien dabei dreieckig, viereckig, rhombenförmig, klassisch 6-eckig, beliebig vieleckig, kreisringförmig oder elliptisch ausgeführt sind und die Größe der einzelnen Zellen dabei innerhalb der Hohlraumstruktur variieren kann,

Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.

Es zeigen die 1 bis 18 perspektivische Darstellungen des Aufbaus einer erfindungsgemäßen radialen Lagerstelle eines radialen Gas- bzw. Luftlagers einer schnelllaufenden Turbomaschine, mit unterschiedlichen Hohlraumstrukturen und unterschiedlichen Feder-Dämpfer-Elementen.

Aufbau und Funktion der Turbomaschine
Die Erfindung betrifft den Aufbau einer radialen Lagerstelle eines radialen Gas- bzw. Luftlagers, wie man sie beispielsweise in schnelllaufenden Turbomaschinen findet. Hierbei wird eine Welle in mindestens einem radialen Gas- bzw. Luftlager, einem weiteren radialen und axialen Lager oder einem Radial-Axiallager gelagert.
Bei dem radialen Gas- bzw. Luftlager kann es sich um ein dynamisches Gaslager, ein statisches Gaslager, ein Kippsegmentlager oder ein Folienlager handeln.
Die radiale Gaslagerstelle besteht dabei aus einer Lagerbuchse 2, welche die zu lagernde Welle 1 umgibt und mittels eines Feder-Dämpfer-Elementes 3 in eine umlaufende Ringnut des Gehäuses 4 oder 5 eingesetzt wird. Das Feder-Dämpfer-Element 3 verbindet somit die Lagerbuchse 2 mit dem Gehäuse 4 bzw. 5. Das Gehäuse 4 und der Gehäuseteil 5 können dabei als ein Teil ausgeführt werden.
Um bereits mittels des Lagergehäuses Wärmeausdehnungen und Schwingungen, die in der Maschine entstehen oder auch von außen, insbesondere bei mobilen Einsatzfällen, auf die Maschine wirken können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Gehäuse 4 bzw. Teile des Gehäuses 4 bzw. 5 in der Umgebung der Lagerstelle mit einer dünnwandigen Hohlraumstruktur zu versehen. Die Hohlraumstruktur besteht aus mehreren Zellen. Diese Zellen können dabei geometrisch dreieckig, viereckig, rhombenförmig, klassisch 6-eckig (12 in 4), beliebig vieleckig, kreisringförmig (14 in 5) oder elliptisch (7, 18a) ausgeführt sein. Die Größe und geometrische Form der einzelnen Zellen kann dabei innerhalb der Hohlraumstruktur variieren. Durch diese Hohlraumstruktur allein wird bereits ein Teil der Wärmedehnungen und Vibrationen kompensiert. Zusätzlich bietet die Hohlraumstruktur insbesondere für mobile Einsatzfälle den Vorteil der Gewichtsreduktion bei gleichzeitig ausreichender Steifigkeit des Gehäuses. Die Gewichtsreduzierung eines Gehäuseteils liegt dabei schnell in der Größenordnung von 40 Prozent.
Da dies allein insbesondere für eine zuverlässige Schwingungsdämpfung für z.B. einfache Gaslager oder gasgeschmierte Spiralrillenlager nicht ausreichend ist, werden weitere Maßnahmen zur Kombination mit dem aus einer Hohlraumstruktur bestehenden Gehäuse zur Schwingungsdämpfung erfindungsgemäß vorgeschlagen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung ist das die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil 5 beispielsweise so gestaltet, dass es an zumindest zwei auf dem Umfang gegenüberliegenden Bereichen 6 mit dem übrigen Gehäuse 4 verbunden ist, welche kreisförmig oder als eine beliebige Gehäuseaußengeometrie gestaltet sind und die zwischen den Bereichen 6 befindlichen Wandungen 7 gerade oder gekrümmt ausgeführt sind. Werden die Bereiche 6 als Kreissegmente ausgebildet, kann über diese eine Durchmesserzentrierung im Gehäuse erfolgen. Die Wandungen 7 können einen Freiraum zu einem Gehäuseinnenraum bilden und sind dabei zu einem kleinen oder größeren Längenanteil in Gehäusestegen 8 des Gehäuses 4 geführt. Dabei weist die Passung zwischen den Wandungen 7 und den Führungsstegen 8 des Gehäuses 4 ein enges Spiel auf, so dass es in Folge von Wärmedehnungen und Vibrationen zum Kontakt der beiden Begrenzungsflächen - Wandungen 7 und Gehäuseführungsstegen 8 - und somit zu Reibbewegungen zwischen diesen Flächen kommt. Dadurch erfolgt eine effektive Schwingungsdämpfung mittels Reibung. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse 5 in der Nähe der Wandungen 7 mit parallel zu den Wandungen 7 verlaufenden Schlitzen ausgeführten werden, welche den Wandungen 7 eine zusätzliche Elastizität bzw. die Eigenschaft einer Feder geben. Damit kann das Gehäuse 5 auch eine leichte Übermaßpassung zum Gehäuse 4 aufweisen und Wärmeausdehnungen werden zusätzlich kompensiert.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung wird zwischen den Wandungen 7 und den Gehäuseführungsstegen 8 ein leicht gewelltes oder zumindest vorgebogenes dünnes Federblech bzw. Federelement 9 (2) geklemmt, welches die Wandungen 7 und die Führungsstege 8 an jeweils zumindest einer Stelle oder mehreren Stellen berührt. Das Federblech kann aus Federstahl oder einem anderen Material bestehen.
Alternativ wird ein Federblech 10 (3) oder ein gebogenes Federelement an den Gehäuseführungsstegen 8 so befestigt wird, dass es im Bereich des Freiraums zwischen Gehäuseinnenraum oder den Gehäuseführungsstegen 8 und den Wandungen 7 auf Grund seiner Vorspannung gegen die Wandungen 7 des mit einer Hohlraumstruktur ausgeführten Gehäuseteils 5 gedrückt wird. Analog kann das Federblech 10 auch am Gehäuseteil 5 befestigt werden. Das Federblech besteht aus Federstahl oder einem anderen Material.
Durch diese Federbleche bzw. Federelemente wird bei Wärmedehnungen und Vibrationen Reibung zur Schwingungsdämpfung erzeugt.
Des Weiteren kann sich die Hohlraumstruktur im Gehäuse 4 bzw. 5 axial zwischen zwei Gehäusewandungen 11 (4) befinden. Alternativ kann sich die Hohlraumstruktur axial an einer Gehäusewandung befindet und zur anderen Seite hin offen sein (1 bis 3) oder sie befindet sich an einer Trägerwandung und ist zu beiden Seiten hin offen. Eine Ausführung, bei der die Hohlraumstruktur durchgängig axial zu beiden Seiten hin offen ist, ist ebenfalls möglich.
Ausführungen mit zumindest zu einer Seite hin offenen Hohlraumstruktur unterstützen zusätzlich die Wärmeableitung z.B. von einem angrenzenden Verdichter bzw. Motorraum. Eine nach beiden Seiten hin durchgängig offene Hohlraumstruktur ermöglicht bei Bedarf zusätzlich einen Druckausgleich zwischen zwei benachbarten Druckräumen, wie beispielsweise dem Radseitenraum eines Verdichters und einem Motorraum.
Es können auch mehrere Gehäusebauteile mit Hohlraumstrukturen axial hintereinander angeordnet bzw. gestapelt werden. Die einzelnen Hohlraumstrukturebenen 13 (5) müssen dabei nicht zwangsläufig fest miteinander verbunden sein. Bei einer axialen „Stapelung“ von Hohlraumstrukturen können die einzelnen Strukturebenen unterschiedliche Zellgrößen (6) und/oder Zellgeometrien aufweisen. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Wärmedehnungen der einzelnen Strukturebenen und damit zu Mikrogleitbewegungen zwischen den Strukturebenen und somit zu einer Erhöhung der Dämpfung in Folge von Reibung. Dieser Effekt kann auch alternativ oder zusätzlich durch die Wahl unterschiedlicher Werkstoffe für die einzelnen Hohlraumstrukturebenen erreicht werden.
Eine weitere Möglichkeit den Dämpfungseffekt der Hohlraumstrukturen weiter zu verstärken kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass ein die Lagerbuchse 2 und das Feder-Dämpfer-Element 3 umgebende Gehäusebauteil 5, welches eine Hohlraumstruktur 17 ( 7) enthält, und ein zweites eine Hohlraumstruktur enthaltendes Gehäusebauteil 18 im Bereich der beiden Hohlraumstrukturen zumindest teilweise ineinander gesteckt werden und die Zellen des ersten und zweiten Bauteils die gleiche (17, 18) oder eine unterschiedliche geometrische Form (17a, 18a) besitzen, jedoch geringfügig unterschiedliche Abmessungen aufweisen, so dass durch das Ineinanderstecken der beiden Hohlraumstrukturen eine feine Spielpassung bis leichte Presspassung zwischen den beiden Gehäusebauteilen erzielt wird, so dass es in Folge von Wärmedehnungen und Vibrationen zum Kontakt der Begrenzungsflächen und somit zu Reibbewegungen zwischen diesen Kontaktflächen kommt, was wiederum zu einer Verstärkung der Dämpfung führt und die Steifigkeit des Gehäuses erhöhen kann.
Weiterhin können einzelne Zellen geschlitzt ausgeführt werden, so dass die Zellberandungen an zumindest einem Schnittpunkt oder einem Zellrand nicht durchgängig miteinander verbunden sind. Dies unterstützt zusätzlich die Kompensation von Wärmedehnungen.
Alternativ können auch zumindest in einige Zellhohlräume geschlitzte und vorgespannte Ringe aus Federblech oder einem anderen Material eingelegt bzw. montiert werden. Diese Ringe können dabei nicht nur als kreisrunde Ringe, sondern auch als Drei- oder Vielecke oder Ellipsen ausgebildet sein. So werden bei Wärmedehnungen und/oder Schwingungen auch Mikrogleitbewegungen zwischen den Ringen und den Zellwänden hervorgerufen und verstärken die Dämpfung in Folge von Reibung.
Ergänzend für eine weitere Schwingungsdämpfung wird als vorteilhafte Ausführung vorgeschlagen, dass das Gehäuse 4 insgesamt oder zumindest die Gehäuseteile 5, die die Hohlraumstruktur enthalten und sich in der Umgebung der Lagerstelle befinden, aus einem oder mehreren schwingungsdämpfenden Materialien auszuführen.
So können die bekannten Werkstoffe Bronze, Messing, Gusseisen mit Lamellengrafit oder ähnlichen Werkstoffe zur Schwingungsdämpfung eingesetzt werden.
Durch den Einsatz spezieller schwingungsdämpfender Legierungen, wie z.B. Cu-Al-Mn-Legierungen, für das Gehäuse 4 bzw. 5 kann die Lagerdämpfung oder die Dämpfung äußerer Vibrationen noch einmal deutlich gesteigert werden. Schwingungen und Vibrationen lösen in Cu-Al-Mn-Legierungen in einem bestimmten Temperaturbereich eine reversible martensitische Phasenumwandlung aus. Unter isothermen Bedingungen bewirkt diese Phasenumwandlung zwischen der Hochtemperaturphase Austenit und der Niedertemperaturphase Martensit eine sehr hohe Dämpfung. Der Temperaturbereich ist dabei auf ein Temperaturintervall von etwa 30 bis 40 K im Bereich der Martensit-Starttemperatur (MS) begrenzt. Beim MS-Wert beginnt die Bildung von Martensit aus dem Austenit. Eine Variation der chemischen Zusammensetzung kann das Temperaturintervall, bei der hohe Dämpfung auftritt, zwischen -100 und 150 °C verschieben. Dadurch lässt sich eine hohe Dämpfung spezifisch auf die Einsatztemperatur unterschiedlicher Gussteile einstellen. Die Cu-Al-Mn-Legierung mit 3 Gew.-% Mangan erreicht im Maximum eine spezifische Dämpfungskapazität von 36 %. Dagegen hat Gusseisen mit Lamellengrafit, das man in der Praxis als Legierung mit hoher Dämpfung kennt, eine maximale spezifische Dämpfungskapazität von 1 %. Dieser Wert kennzeichnet die Grenze zwischen hochdämpfenden und normaldämpfenden Legierungen. (Quelle/Autor: Prof. Dr.-Ing. Babette Tonn leitet die Arbeitsgruppe Gießereitechnik am Institut für Metallurgie der Technische Universität Clausthal in Clausthal-Zellerfeld, Dr.-Ing. Hennadiy Zak ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut. Dr.-Ing. Sönke Vogelgesang war wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut.,

https://www.maschinenmarkt.vogel.de/gusslegierungenbieten-potenzial-zur-schwingungsdaempfung-a-109052/).

Der Einsatz eines Gehäuses 4 oder Gehäuseteils 5 aus solch einer speziellen Cu-Al-Mn-Legierung mit 3 Gew.-% Mangan stellt eine konstruktiv einfache Lösung zur Schwingungsdämpfung insbesondere für einfache bzw. starre Gaslager sowie für gasgeschmierte Spiralrillenlager dar, ist jedoch auf den Temperaturbereich von -100°C und + 150°C beschränkt.
Zur Schwingungsdämpfung, der Kompensation von Wärmedehnungen direkt am Gaslager sowie für eine selbsttätige Ausrichtung der Lagerbuchse 2 in Relation zu einer zweiten Lagerstelle, welche ein zweites Radiallager und/oder ein Axiallager und/oder ein Radial-Axiallager darstellt, werden verschiedene Ausführungsformen von Feder-Dämpfer-Elementen 3 vorgeschlagen. Weiterhin soll das Feder-Dämpfer-Element eine gut reproduzierbare Montage der Lagerbuchse 2 im Gehäuse 4 bzw. im Gehäuseteil 5 unterstützen.
Hierfür wird zumindest ein Feder-Dämpfer-Element 3 zwischen Lagerbuchse 2 und Gehäuseinnenbohrung des Gehäuses 5 angeordnet. Das Feder-Dämpfer-Element 3 nimmt dabei die Lagerbuchse 2 elastisch und selbstausrichtend auf und bildet einen Spalt von mehreren Zehntel Millimetern zwischen Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 und der zylindrischen Lagergehäusebohrung des Gehäuses 5.
Als Feder-Dämpfer-Element 3 wird anstatt des Einsatzes einfacher Ringe aus Elastomer oder Gummi mit kreisförmigem Querschnitt, d.h. O-Ringe, erfindungsgemäß die Verwendung eines oder mehrerer Elastomer-/Gummi-Ringe mit einem X-Querschnitt 19 (8) vorgeschlagen. D.h. der X-Ring 19 wird beispielsweise in eine entsprechende Nut 20 im Gehäuse 5 platziert, bevor die Lagerbuchse 2 in das Gehäuse 5 montiert wird, so dass dabei zum einen der X-Ring 19 vorgespannt bzw. bis zu einem gewissen Grad verpresst wird und zum anderen ein Spalt von mehreren Zehntel Millimetern zwischen Lagerbuchse 2 und Gehäuse 5 entsteht. Alternativ dazu kann sich die Nut 20 für den X-Ring 19 auch im Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 befinden.
Durch das X-Profil wird die Verdrehung / Verdrillung des Ringes 19 oder der Ringe bei der Montage verhindert und eine besser reproduzierbare Montage gewährleistet. O-Ringe mit X-Querschnitt 19 neigen nicht dazu, bei entsprechender Bewegung in der Nut 20 zu rollen. Weiterhin wird durch das X-Profil die Dämpfung verbessert.
Zusätzlich kann der Zwischenraum 21, der durch das X-Profil des X-förmigen Elastomer- oder Gummiringes 19 und den Gehäuseinnendurchmesser des Gehäuses 5 und/oder den Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 und/oder die Seitenwandungen der Nut 20 gebildet wird, ein Fett oder eine Paste enthalten.
Der Fettraum 21 wird zu beiden Seiten hin auf Grund des X-Profils abgedichtet; und das Fett oder die Paste unterstützt bzw. verbessert zusätzlich die Dämpfungswirkung des elastischen X-Ringes 19.
Für eine erweiterte Elastizität und Dämpfung können auch Radialdichtringe mit eingelegter oder gekapselter Wickelfeder mit rundem Federquerschnitt, wie sie beispielsweise die Firma GFD als federelastische Kunststoffdichtungen im Angebot hat, als Feder-Dämpfer-Element 3 zur Anwendung kommen. Durch diese federelastischen Ringe ist eine einwandfreie und reproduzierbare Montage möglich. Weiterhin kann sich die Lagerbuchse durch die meist runde Auswölbung am Innen- und Außenring oder nur an einem Durchmesser der federelastischen Kunststoffdichtung, wie beispielhaft in 9 Position 22, 23 oder 24 dargestellt, selbst besser im Gehäuse 5 und in Relation zu einer zweiten Lagerstelle ausrichten. Die Verwendung dieser federelastischen Kunststoffdichtungen erfolgt dabei analog bzw. vergleichbar zu obiger Verwendung der elastischen X-Elastomer-/Gummiringe 19.
Für den Einsatz bei sehr hohen oder tiefen Temperaturen empfiehlt sich der Einsatz von elastischen Metalldichtungen in C-Ring-Ausführung ohne Verstärkung 25 (10) oder federverstärkt 26a, 26b (11) als Feder-Dämpfer-Element.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung eines Feder-Dämpfer-Elementes 3 für ein radiales Gaslager ist die Anordnung mehrerer Kugeln 28 über den Umfang der Lagerbuchse 2 in zumindest einer Reihe in axialer Richtung. Diese Kugeln sind vorzugsweise aus einem Elastomer, wie EPDM, NBR, NR / NK, SBR, Silikon, Viton-Gummi in verschiedenen Härtegraden, als Vollkugeln, Hohlkugeln oder Kugeln mit Korkkern ausgeführt. Bei einer beispielhaften Ausführung (12) befinden sich diese Kugeln 28 in Bohrungen der Lagerbohrung des Gehäuses 5 oder in Kammern 27 oder in einem käfigartigem Außenring der Lagerbuchse 2. Bei der Montage werden die Kugeln dann gepresst und erhalten damit eine entsprechende Vorspannung zur Einstellung der Federung/Dämpfung.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführung werden die Kugeln 28 in über den Umfang angeordnete zylindrische Bohrungen 30 (13) in einen Zwischenring 29 platziert. Die zylindrischen Bohrungen 30 verlaufen im unteren Teil, d.h. am Innendurchmesser des Zwischenringes 29, leicht konisch, so dass die Kugel 28 bei Einführung vom Außendurchmesser des Zwischenringes 29 aus nicht durchfallen können. Die Kugeln werden dann gegen radiale Außenbewegung in den zylindrischen Bohrungen 30 durch Gewindezapfen 31 gesichert. Weiterhin erhalten die Kugeln 28 durch den konischen Teil der Zylinderbohrung 30 und den Gewindezapfen 31 eine Vorspannung. Die Vorspannung kann dabei je Kugel unterschiedlich eingestellt werden, womit eine gezielte Variation der Steifigkeit über den Umfang ermöglicht wird. Damit kann prinzipiell auch die Steifigkeit über den Umfang gezielt variiert werden, um die Funktion des radialen Gaslagers bei senkrechter Wellenlage zu verbessern.
Kugeln mit Korkkern liefern zudem noch eine zusätzliche Erhöhung der Dämpfung.
Durch die über den Umfang angeordneten Kugeln wird eine gute Selbstausrichtung der Lagerbuchse und eine reproduzierbare Montage erreicht.
Eine weitere erfindungsgemäß vorteilhafte Ausführung eines Feder-Dämpfer-Elementes 3 für ein radiales Gaslager ist die Verwendung einer geschlitzten dünnwandigen Hülse 32 (14) zwischen Lagerbuchse 2 und zylindrischer Gehäusebohrung des Gehäuses 5, die über den Umfang kugelförmige Ausprägungen (Noppen) 33 hat, wobei die Noppen 33 entweder nach „außen“ in Richtung der Gehäusebohrung oder nach „innen“ in Richtung des Außendurchmessers der Lagerbuchse 2 gerichtet sind. Bei nach außen gerichteten Noppen 33 kann die Hülse 32 in einer Nut 34, der Hülsenbreite entsprechend, im Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 oder bei nach innen gerichteten Noppen 33 in einer Nut innerhalb der zylindrischen Gehäusebohrung des Gehäuses 5 gefasst sein, um so die Zentrierung der Lagerbuchse 2 zu verbessern. Die geschlitzte Hülse 32 ist vorgebogen, so dass eine Vorspannung vorhanden ist, welche bei Montage überwunden werden muss, so dass die Hülse nach der Montage immer noch eine Vorspannung hat. Je nach Vorspannung wird zusätzlich zur federnden Wirkung der Noppen 33 die Federwirkung beeinflusst. Durch die Noppen 33 kann sich die Welle mit der Lagerbuchse in der Gehäusebohrung und in Relation zu einer zweiten Lagerstelle selbst ausrichten. Gleichzeitig können Wärmedehnungen sehr gut kompensiert und eine gewünschte Federsteifigkeit eingestellt werden. Durch die flache Auflage der genoppten Hülse 32 in der Zentriernut und der kugelförmigen Ausprägungen (Noppen 33) auf der gegenüberliegenden Seite der Hülse in Kombination mit der Vorspannung wirkt diese durch kleine Bewegungen infolge von Wärmedehnungen und Schwingungen automatisch dämpfend durch die entstehende Reibung.
Alternativ kann die dünnwandige geschlitzte Hülse 32 statt Noppen 33 mit einer nach innen oder außen gerichteten umlaufenden Wulst 35 (15) ausgeführt werden, wodurch sich die Herstellung vereinfachen lässt.
Die genoppte Hülse 32 bzw. mit einer umlaufenden Wulst versehene Hülse 32 kann aus z.B. Federbandstahl oder Hastelloy ausgeführt werden. Eine Ausführung aus Kunststoff oder weiterer geeigneter Materialien wie z.B. Aluminium/Aluminiumlegierungen ist ebenfalls möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung eines Feder-Dämpfer-Elementes besteht aus zumindest zwei ineinander gesetzten vieleckigen und geschlitzten dünnen Ringen 36, 37 ( 16) aus Federblech, Aluminium, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material, welche um den Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 angeordnet sind. Diese können in axialer Richtung ein- oder mehrreihig um die Lagerbuchse angeordnet werden. Für eine bessere Zentrierung können diese vieleckigen Ringe in Nuten 34 am Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 oder in Nuten in der zylindrischen Lagerbohrung im Gehäuse 4 bzw. 5 gefasst werden.
Durch die Schachtelung zweier oder mehrerer Ringe 36, 37 ineinander kann zum einen die Federsteifigkeit variiert werden. Zum anderen kommt es zur Reibung bei den Mikrogleitbewegungen der Schenkelflächen zweier ineinander geschachtelter Ringe 36, 37 und damit zu einer sehr guten Dämpfung. Durch die Anzahl der „Ecken“ und damit der Schenkelflächen sowie durch die Anzahl der ineinander geschachtelten Ringe kann die Dämpfung entsprechend vergrößert oder verkleinert werden. Wärmedehnungen können damit ebenfalls gut kompensiert werden und die Montage lässt sich auch sehr gut reproduzieren. Diese Ausführung stellt zu dem eine einfach herstellbare und kostengünstige Lösung dar.
Zur zusätzlichen Verstärkung der selbsttätigen Ausrichtung in Flucht bzw. Relation zu einer zweiten Lagerstelle kann der jeweils äußere oder innere Ring mit dem größten bzw. kleinsten Durchmesser eine Wölbung über die gesamte Ringbreite oder über einen Teil der Ringbreite aufweisen. Die Wölbung ist dabei entweder beim äußeren Ring nach außen in Richtung der zylindrischen Gehäusebohrung des Gehäuses 5 oder beim inneren Ring nach innen in Richtung der Lagerbuchse 2 gerichtet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden erfindungsgemäß Membranfaltenbalge 42 als Feder-Dämpfer-Elemente 3 eingesetzt. Bei einer beispielhaften Ausführung weist die Lagerbuchse 2 am Außendurchmesser einen Steg 39 (17, 18) auf, an dem axial einseitig (18) oder auf beiden Seiten (17) ein Membranfaltenbalg 42 befestigt ist.
Bei einer beidseitigen Ausführung (17) ist ein erster Membranfaltenbalg 42 auf der einen Seite mit dem Steg 39 der Lagerbuchse 2 und auf der anderen Seite mit einem Stützring 40 verbunden und in der zylindrischen Gehäusebohrung des Gehäuses 4 bzw. 5 oder in einer separaten Fassung 38 der Lagerbuchse 2 angeordnet. Der zweite Membranfaltenbalg 42 ist auf der einen Seite mit der anderen Seite des Steges 39 der Lagerbuchse 2 und auf der anderen Seite mit dem Flansch 41 verbunden.
Der Stützring 40 wird axial gegen die Wandung der Fassung 38 bzw. gegen eine Gehäusewandung des Gehäuses 4 bzw. 5 gedrückt. Der Flansch 41 ist mit dem Gehäuse 4, 5 bzw. der Fassung 38 der Lagerbuchse 2 verbunden.
Bei einer einseitigen Ausführung (18) liegt der Steg 39 der Lagerbuchse 2 axial an der Wandung der Fassung 38 bzw. an einer Gehäusewandung des Gehäuses 4 bzw. 5 an. Auf der anderen Seite des Steges 39 befindet sich der Membranfaltenbalg 42, welcher auf der einen Seite mit dem Steg 39 und auf der anderen Seite mit dem Flansch 41 verbunden ist.
Der Einsatz von Membranfaltenbälgen 42 als Feder-Dämpfer-Element 3 erlaubt eine sehr gute Selbstausrichtung der radialen Lagerbuchse 2 im Gehäuse 4 bzw. 5 und in Relation zu einer zweiten Lagerstelle. Weiterhin können Wärmedehnungen und Schwingungen sehr gut kompensiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Lagerbuchse
3: Feder-Dämpfer-Element (Beispiel mit elastischem X - Ring)
4: Gehäuse
5: Gehäuseteil mit Hohlraumstruktur
6: gegenüberliegende Befestigungs- bzw. Verbindungsbereiche des Gehäuseteils 5 zum Gehäuse 4 (beispielhaft kreisförmig)
7: Wandung des Gehäuseteils 5
8: Gehäusesteg
9: gewellte Feder bzw. gewelltes Federblech
10: gebogene Feder bzw. gebogenes Federblech
11: Seitenwandungen
12: Sechseckwabe (Beispiel für Hohlraum bzw. Zelle)
13: Hohlraumstrukturebene
14: zylindrische Zelle
15: Hohlraumstrukturebene mit kleiner Zellgröße
16: Hohlraumstrukturebene mit große Zellgröße
17: Hohlraumstrukturebene mit einigen größer ausgeprägten Zellen
17a: Hohlraumstrukturebene mit einigen größer ausgeprägten kreiszylindrischen Zellen
18: Hohlraumstrukturebene mit größeren Innenzellgeometrien bzw. Zellhohlräumen
18a: Hohlraumstrukturebene mit größeren Innenzellgeometrien bzw. Zellhohlräumen in elliptischer Form
19: elastischer X - Ring
20: Nut
21: Fettraum
22: GFD Radialdichtring Typ Spezial
23: GFD Radialdichtring Typ 113
24: GFD Radialdichtring Typ 143
25: GFD Metall-C-Ring-Dichtring Typ MCI / MCO
26a: GFD Metall- C-Ring federverstärkt Typ MCI F
26b: GFD Metall- C-Ring Highflex federverstärkt Typ MCI HF
27: Kammer
28: Kugel
29: Zwischenring
30: Bohrung mit konischem Ende
31: Gewindezapfen
32: geschlitzte dünnwandige Hülse mit Noppen
33: Noppen
34: Nut
35: geschlitzte dünnwandige Hülse mit Wulst
36: offener bzw. geschlitzter Vieleckring
37: offener bzw. geschlitzter Vieleckring
38: Fassung für Lagerbuchse von Gehäuse 5 umgeben
39: Steg der Lagerbuchse
40: Stützring
41: Flansch
42: Membranfaltenbalg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012206556 A1 [0003]
DE 102011081419 A1 [0003]
DE 102005061853 A1 [0009]
EP 3324062 A1 [0010]

Claims

Turbomaschine, wie Turboverdichter, Turbine oder einer Kombination davon, insbesondere eine Mikro-Turbomaschine, mit einer Welle (1), die in mindestens einem radialen Gas- und/oder Luftlager, einem weiteren radialen und/oder axialen Lager oder einem Radial-Axiallager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) von einem Gehäuseteil (5) umgeben ist, welches im Bereich des Gas- bzw. Luftlagers, vorzugsweise im Inneren des Gehäuseteils (5), eine Hohlraumstruktur, insbesondere eine Porenstruktur oder eine schaumartige Struktur aufweist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) von einer Lagerbuchse (2) umgeben ist, welche wiederum von dem Gehäuseteil (5) umgeben ist, und dass zwischen der Lagerbuchse (2) und dem Gehäuseteil (5) ein Feder-Dämpfer-Element angeordnet ist, welches vorzugsweise in einer Nut an der Innenseite des Gehäuseteils (5) oder der Außenseite der Lagerbuchse (2) angeordnet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (2) einen Lagerspalt zwischen Welle und Innendurchmesser der Buchse von nur wenigen Mikrometern aufweist, wodurch die Welle im Betrieb auf einem Druckfilm eines kompressiblen Mediums getragen wird und die Lagerbuchse (2) mittels des Feder-Dämpfer-Elementes (3) mit einem Gehäuse (4) und/oder dem Gehäuseteil (5) verbunden ist, dass das Feder-Dämpfer-Element radial oder axial zwischen der Lagerbuchse und dem die Hohlraumstruktur aufweisenden Gehäuseteil angeordnet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) oder zumindest Teile des Gehäuses (5) in der Umgebung der Lagerstelle aus einer speziellen schwingungsdämpfenden bzw. hochdämpfenden Cu-Al-Mn-Legierung besteht, bei welchen durch Schwingungen und Vibrationen eine reversible martensitische Phasenumwandlung erfolgt und somit in einem bestimmten Temperaturintervall von 30 bis 40 K eine sehr hohe Dämpfung erzielbar ist, wobei das Temperaturintervall zwischen -100 °C und 150 °C durch Variation der chemischen Zusammensetzung verschiebbar ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) an zumindest zwei auf dem Umfang gegenüberliegenden Bereichen (6) mit dem übrigen Gehäuse (4) verbunden ist, welche kreisförmig oder als eine beliebige Gehäuseaußengeometrie gestaltet sind und die zwischen den Bereichen (6) befindlichen Wandungen (7) gerade oder gekrümmt ausgeführt sind, dass die Wandungen (7) einen Freiraum zu einem Gehäuseinnenraum bilden und dabei zu einem kleinen oder größeren Längenanteil in Gehäusestegen (8) geführt , dass die Passung dabei zwischen den Wandungen (7) und den Führungsstegen (8) des Gehäuses (4) ein enges Spiel aufweist, so dass es in Folge von Wärmedehnungen und Vibrationen zum Kontakt der beiden Begrenzungsflächen - Wandungen (7) und Gehäuseführungsstege (8)- und somit zu Reibbewegungen zwischen diesen Flächen kommt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) alternativ oder zusätzlich im Bereich der Wandungen (7) mit parallel zu den Wandungen (7) verlaufenden Schlitzen ausgeführt ist, welche den Wandungen (7) eine zusätzliche Elastizität bzw. die Eigenschaft einer Feder geben, und dass das Gehäuse (5) außerdem eine leichte Übermaßpassung zum Gehäuse (4) aufweist, um Wärmeausdehnungen zusätzlich zu kompensieren.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wandungen (7) und den Gehäuseführungsstegen (8) ein leicht gewelltes oder zumindest vorgebogenes dünnes Federblech (9) geklemmt wird, welches die Wandungen (7) und die Führungsstege (8) an jeweils zumindest einer Stelle oder mehreren Stellen berührt, wobei das Federblech vorzugsweise aus Federstahl besteht.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federblech (10) an den Gehäuseführungsstegen (8) so befestigt ist, dass es im Bereich des Freiraums zwischen dem Gehäuseinnenraum oder den Gehäuseführungsstegen (8) und den Wandungen (7) auf Grund seiner Vorspannung gegen die Wandungen (7) des mit Hohlräumen ausgeführten Gehäuseteils (5) gedrückt wird, wobei das Federblech vorzugsweise aus Federstahl besteht.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) die Lagerbuchse über den vollen Umfang umschließt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) die Lagerbuchse nicht über den vollen Umfang umschließt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil (5) Zellen gleicher Grundgeometrien umfasst, dass die Zellgeometrien dabei dreieckig, viereckig, rhombenförmig, klassisch 6-eckig, beliebig vieleckig, kreisringförmig oder elliptisch ausgeführt sind und die Größe der einzelnen Zellen dabei innerhalb der Hohlraumstruktur variieren kann.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Hohlraumstruktur enthaltende Gehäuseteil Zellen unterschiedlicher Grundgeometrien und Größen umfasst, dass die Zellgeometrien dabei dreieckig, viereckig, rhombenförmig, klassisch 6-eckig, beliebig vieleckig, kreisringförmig oder elliptisch ausgeführt sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlraumstruktur axial zwischen zwei Gehäusewandungen (11) befindet.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlraumstruktur axial an einer Gehäusewandung befindet und zur anderen Seite hin offen ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlraumstruktur axial an einer Trägerwandung befindet und zu beiden Seiten hin offen ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumstruktur durchgängig axial zu beiden Seiten hin offen ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gehäusebauteile mit Hohlraumstrukturen axial hintereinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Hohlraumstrukturebenen (13) dabei nicht zwangsläufig fest miteinander verbunden sein müssen.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Hohlraumstrukturebenen unterschiedliche Zellgrößen und/oder Zellgeometrien aufweisen.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Hohlraumstrukturebenen aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Lagerbuchse (2) und das Feder-Dämpfer-Element (3) umgebende Gehäusebauteil (5), welches eine Hohlraumstruktur (17) enthält, und ein zweites eine Hohlraumstruktur enthaltendes Gehäusebauteil (18) im Bereich der beiden Hohlraumstrukturen zumindest teilweise ineinander gesteckt sind und die Zellen des ersten und zweiten Bauteils die gleiche (17, 18) oder eine unterschiedliche geometrische Form (17a, 18a) besitzen, jedoch geringfügig unterschiedliche Abmessungen aufweisen, so dass durch das Ineinanderstecken der beiden Hohlraumstrukturen eine feine Spielpassung bis leichte Presspassung zwischen den beiden Gehäusebauteilen erzielt wird, so dass es in Folge von Wärmedehnungen und Vibrationen zum Kontakt der Begrenzungsflächen und somit zu Reibbewegungen zwischen diesen Flächen kommt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Zellen der Hohlraumstruktur geschlitzt ausgeführt sind, so dass die Zellberandungen an zumindest einem Schnittpunkt oder einem Zellrand nicht durchgängig miteinander verbunden sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Zellhohlräume geschlitzte und vorgespannte Ringe aus Federblech oder einem anderen Material enthalten, wobei diese Ringe dabei nicht nur als kreisrunde Ringe, sondern auch als Drei- oder Vielecke oder Ellipsen ausgebildet sein können.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zwischen Lagerbuchse (2) und Gehäuseinnendurchmesser angeordnetes Feder-Dämpfer-Element (3) die Lagerbuchse (2) elastisch und selbstausrichtend aufnimmt und dabei einen Spalt von mehreren Zehnteln Millimeter zwischen Außendurchmesser der Lagerbuchse (2) und der zylindrischen Lagergehäusebohrung des Gehäuses (5) bildet.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) ein Elastomer- oder Gummiring mit einem X-Querschnitt (19) verwendet wird, wobei dieser in einer Nut (20) in der Lagerinnenbohrung des Gehäuses (5) oder im Außendurchmesser der Lagerbuchse (2) gefasst wird.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das X-Profil des X-förmigen Elastomer- oder Gummiringes und den Gehäuseinnendurchmesser des Gehäuses (5) und/oder den Außendurchmesser der Lagerbuchse (2) und/oder den Seitenwandungen der Nut (20) gebildete Zwischenraum (21) ein Fett oder eine Paste enthält.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) ein aus Kunststoff bestehender Radialdichtring mit eingelegter oder gekapselter Wickelfeder mit rundem Federquerschnitt zur Anwendung kommt, welcher durch die eingelegte oder gekapselte Wickelfeder eine runde Auswölbung am Innen- und Außendurchmesser oder nur an einem Durchmesser der federelastischen Kunststoffdichtung aufweist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) ein elastischer Metalldichtring mit einem C-Querschnitt ohne Verstärkung (25) oder federverstärkt (26a, 26b) verwendet wird.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) mehrere Kugeln (28) über den Umfang der Lagerbuchse (2) in zumindest einer Reihe in axialer Richtung angeordnet sind, wobei die Kugeln (28) sich dabei in Bohrungen der Lagerbohrung des Gehäuses (5) oder in Kammern (27) oder in einem käfigartigem Außenring der Lagerbuchse (2) befinden, wobei die Kugeln vorzugsweise aus einem Elastomer, wie EPDM, NBR, NR / NK, SBR, Silikon, Viton-Gummi in verschiedenen Härtegraden, als Vollkugeln, Hohlkugeln oder Kugeln mit Korkkern ausgeführt sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) Kugeln (28) in über den Umfang angeordnete zylindrische Bohrungen (30) in einen Zwischenring (29) platziert sind, wobei die zylindrischen Bohrungen (30) im unteren Teil verlaufen, nämlich am Innendurchmesser des Zwischenringes (29), leicht konisch, so dass die Kugel (28) bei Einführung vom Außendurchmesser des Zwischenringes (29) aus nicht durchfallen können, und dass die Kugeln gegen radiale Außenbewegung in den zylindrischen Bohrungen (30) durch Gewindezapfen (31) gesichert sind, dass die Kugeln (28) durch den konischen Teil der Zylinderbohrung (30) und den Gewindezapfen (31) eine Vorspannung erhalten, die dabei je Kugel unterschiedlich eingestellt werden kann, womit eine gezielte Variation der Steifigkeit über den Umfang ermöglicht wird.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) eine geschlitzte dünnwandige Hülse (32) zwischen Lagerbuchse (2) und zylindrischer Gehäusebohrung des Gehäuses (5) angeordnet wird, welche über den Umfang kugelförmige Ausprägungen oder Noppen (33) enthält, wobei die Noppen (33) entweder nach außen in Richtung der Gehäusebohrung oder nach innen in Richtung des Außendurchmessers der Lagerbuchse (2) gerichtet sind, dass bei nach außen gerichteten Noppen (33) die Hülse (32) in einer Nut (34) der Hülsenbreite entsprechend im Außendurchmesser der Lagerbuchse (2) oder bei nach innen gerichteten Noppen (33) in einer Nut innerhalb der zylindrischen Gehäusebohrung des Gehäuses (5) gefasst sein kann, dass die geschlitzte Hülse (32) vorgebogen ist, so dass eine Vorspannung vorhanden ist, welche bei Montage überwunden werden muss, so dass die Hülse nach Montage immer noch eine Vorspannung hat.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige geschlitzte Hülse (32) statt Noppen (33) mit einer nach innen oder außen gerichteten umlaufenden Wulst (35) ausgeführt ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Feder-Dämpfer-Element (3) zumindest zwei ineinander gesetzte vieleckige und offene bzw. geschlitzte dünne Ringe (36, 37) um den Außendurchmesser der Lagerbuchse (2) angeordnet sind, dass die ineinander geschachtelten vieleckigen Ringe (36, 37) in Nuten (34) am Außendurchmesser der Lagerbuchse (2) oder in der zylindrischen Lagerbohrung im Gehäuse (5) gefasst sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils äußere oder innere Ring mit dem größten bzw. kleinsten Durchmesser eine Wölbung über die gesamte Ringbreite oder über einen Teil der Ringbreite aufweist, dass die Wölbung dabei entweder beim äußeren Ring (36) nach außen in Richtung der zylindrischen Gehäusebohrung des Gehäuses (5) oder beim inneren Ring (37) nach innen in Richtung der Lagerbuchse (2) gerichtet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (2) am Außendurchmesser einen Steg (39) aufweist, an dem axial einseitig oder auf beiden Seiten ein Membranfaltenbalg (42) befestigt ist, der wiederum bei einer beidseitigen Ausführung auf der einen Seite mit einem Flansch (41) und auf der anderen Seite mit einem Stützring (40), der axial an einer Wandung des Gehäuses (4) bzw. (5) oder einer Fassung (38) anliegt, verbunden und in der zylindrischen Gehäusebohrung des Gehäuses (4) bzw. (5) oder in einer separaten Fassung (38) der Lagerbuchse (2) angeordnet ist und so als Feder-Dämpfer-Element fungiert, dass bei einseitiger Ausführung der Steg (39) auf der einen Seite im Gehäuse (4) bzw. (5) oder der Fassung (38) anliegt und der Membranfaltenbalg (42) auf der einen Seite mit dem Steg (39) und auf der anderen Seite mit dem Flansch (41) verbunden ist, dass der Flansch (41) mit dem Gehäuse (4) oder (5) bzw. der Fassung (38) der Lagerbuchse (2) verbunden ist.