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Die Erfindung betrifft ein gasgeschmiertes Lager für einen Innen-
oder Außenrotor, der zu mindestens einem stationären Lagerteil konzentrisch ausgerichtet
ist, mit Austrittsöffnungen für das Gas in den Lagerspalt zwischen dem Rotor und
dem stationären Lagerteil, das von einem starren Gehäuseteil mit Hilfe von federelastischen
Mitteln abgestützt ist, und am stationären Lagerteil angreifenden Dämpfungsmitteln.
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Bei einem solchen bekannten Lager besteht das stationäre Lagerteil
aus mehreren radial angeordneten Kolben mit darin befindlichen Luftkammern,
die über Rohre mit einer gemeinsamen außenlie-genden Luftkammer in Verbindung stehen.
Die Kolben werden durch ein ringförmiges Band elastisch zusammengehalten und auf
den Rotor gedrückt. Die stationären Lagerteile, d. h. die Kolben, werden
radial frei beweglich in Führungen aufgenommen.-Die bekannte Vorrichtung weist die
Nachteile herkömmlicher Gaslagerungen auf, daß instabile Be' triebszustände auftreten
können und die Gefahr der Berührung zwischen Rotor und stationärum Teil des Lagers
gegeben ist, insbesondere, wenn der Rotor nicht vollständig ausgewuchtet ist und
mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden soll. Es können dann -unterhalb der gewünschten
Betriebsdrehzahl kritische Drehzahlen auftreten, bei denen die Auslenkungen des
Rotors in radialer Richtung größer werden als die Lagerspaltbreite, so daß eine
Berührung zwischen dem Rotor und dem stationären Lagerteil auftritt, was zur Beschädigung
und sogar Zerstörung des Lagers führen kann. Diese Gefahr ist bei dern bekannten
Lager besonders groß, weil die gesamte Lagerfläche in die Mehrzahl der einzelnen
Stirnflächen der Kolben aufgeteilt ist, so daß die Ausbildung eines ausreichenden
Gasschmierpolsters erschwert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem gasgeschmierten Lager unzulässig
große Auslenkungen des Rotors gegenüber dem Gehäuseteil in an unterschiedliche Betriebsbedingungen
optimal anpassungs-C fähiger Weise zu verhüten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmittel
von den federelast!-schen Mitteln unabhängig wirksam sind und die La,gerspalte von
seiten des stationären Lagerteils durch nur von den Gasaustrittsöffnungen unterbrochene
Flächen begrenzt sind.
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Durch die kontinuierliche Ausführung der Lagerflächen, die nur von
den Austrittsöffnungen unterbrochen werden, ist es möglich, ein tragfähiges und
stabiles Gassehmierpolster in einem weiten Betriebsbereich in dem Lager aufrechtzuerhalten.
Die gesonderten Dämpftingsmittel können unabhängig von der Ausführung und Einstellung
der federelastischeu Abstützmittel für jeden Punkt des Betriebsbereichs so ausgelegt
und eingestellt werden, daß sich ein optimales Zusammenwirken von federelastischen
Abstützmitteln und Dämpfungsmitteln mit Rücksicht auf die übrigen Betriebsgrößen
des Lagers, wie Drehzahl, Spaltdicke, Gasviskosität u. dgl., ergibt und eine zu
große Auslenkung des Rotors verhindert wird.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Dämpfungsmittel
eine vernachlässigbar 'kleine Federelastizität aufweisen. Dadurch wird eine Rückwirkung
einer Änderung der Dämpfungsmittel auf die federelastischen Mittel vermieden, was
die Anpassung an die Betriebsbedingungen erleichtert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich -ins der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeiebnungen. Es zeigen F i g. 1 und 2 Diagramme der
Auslenkung des Rotors, aufgetragen über der Drehzahl, wobei F i g. 1
für ein
herkömmliches Lager mit starrem stationärem Lagerteil und F i g. 2 für ein
erfindungsgemäßes Lager gilt, F i g. 3 eine elektrische Maschine mit einem
erfindungsgemäßen Lager mit innenhegendem stationärem Lagerteil, an dem Federstäbe
und Dämpfungsscheiben angreifen, F i g. 4 eine aus einer Turbine und einem
Kompressor bestehende Anordnung mit einem erfindungsgemäßenLagermitinnenliegendemstationäremLagerteil,
an dem Federstäbe angreifen und das mit körniger Substanz gefüllte Hohlräume als
Dämpfungsmittel. aufweist, F i g. 5 eine aus einem Elektromotor und einem
Kompressor bestehende Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Lager mit außenhegendem
stationärem Lagerteil, das von ringförmigen Federn getragen wird und einen mit Bleischrot
gefüllten Hohlraum als Dämpfungsmittel aufweist, Fig. 6 ein erfindungsgemäßes
Lager mit außenliegendem stationärem Lagerteil, das von gewellten ringförmiggen
Federn getragen wird und eine metallische Faserpackung, als Dämpfungsmittel. aufweist,
F i g. 7 einen Schnitt durch das Lager gemäß F i g. 6
längs
der Linie 7-7,
F i g. 8 ein erfindungsgemäßes Lager, das als kombiniertes
Das Diagranirn Radial-Axial-Lager nach F i ausgeführt 1 zeigt die ist Auslenkung
* des Rotors in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl bei einem herkömmlichen Lager
mit starrem stationärem Lagerteil. In dem dargestellten Beispiel ist bei einer unterhalb
der gew-Unschten Betriebsdrehzahl liegenden kritischen Drehzahl die Auslenkung größer
C
als das Lagerspiel, d. h. die Breite des Lagprspalts. Dadurch tritt
bereits vor Erreichen der Betriebsdrehzahl eine Berührung zwischen Rotor und stationärem
Lagerteil ein, so daß ein Erreichen der Betriebsdrehzahl nicht möglich ist. Bei
dem in F i g. 2 gezeigten entsprechenden Diagramm für ein erfindungsgemäßes
Lager tritt unterhalb der gewünschten Betriebsdrehzahl keine unzulässig große Auslenkung
des Rotors auf, so daß die Betriebsdrebzahl erreicht werden kann.
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Die F i g. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele von Maschinen
mit erfindungsgemäß gestalteten Lagern, wobei sich jeweils der Rotor um eine als
stationäres Lagerteil ausgebildete Achse dreht. Bei den in den F -i g. 5
bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Rotor im wesentlichen
durch eine Welle gebildet, die sich in der Aufnahmebohrung des außenliegenden stationären
Lagerteils dreht.
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Allen gezeigten Ausführungsbeispielen von Lagerbauarten gemäß der
Erfindung ist gemeinsam, daß das stationäre Lagerteil gegenüber einem starren Gehäuseteil
mit Hilfe von federelastischen Mitteln abgestützt ist; an dem stationären Lagerteil
greifen Dämpfungsmittel an, die unabhängig von den federelastischen Mitteln wirksam
sind; die den Lagerspalt auf der Seite des stationären Lagerteils begrenzende Oberfläche
wird durch eine nur von den Gasaustrittsöffnungen unterbrochene Zylinderffäche gebildet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind zwischen einem
Rotor 21 und einer Achse 22 ringförmige Lagerspalte 23 a und 23 b
angeordnet, in denen das Gaspolster aufgebaut wird. Diese Ausführungsform
ist
besonders cyünstig, wenn. der Rotor verhältnismäßig 0 t2 lang ist. Als federelastische
Mittel sind an beiden Enden der Achse 22 Federstäbe 26 a vorgesehen, die
mit dem anderen Ende in einem Verschlußteil 34 befesti-t sind. Außerdem -reifen
Dämpfungsmittel, im dargestellten Ausführungsbeispiel Scheiben 26 b aus einem
elastomeren Material, an den Enden der Achse 22 an. Die Dämpfungsscheiben
26 b liegen am inneren Ende einer großen Kammer 31 eines Lagergehäuses
32. Das stimseitioe Ende der Kammer 31 steht über eine Öffnun- in
der Mitte der Scheibe 26 b, über eine Bohruna 24 in der Achse 22 und einzelne
Bohrun-en 25 mit den Lagerspalten 23 a und 23 b in Verbindung.
In die Kammer 31 mündet durch öffnunaen im Verschlußteil 34 eine DruckErasleitung
35, die der Zufuhr des Druck-ases zu den Lagerspalt en23a und 23b dient.
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Die federelastisch aufgehängte Achse 22 führt im Betrieb Bewegungen
aus, die durch die Wirkung der Scheiben 26 b, die an dem Achsenende anliegen,
gedämpft werden. Durch die Verwendung getrennter federelastischer Mittel und Dämpfungsmittel
können die Eigenschaften jedes der beiden Mittel optimal C
gewählt werden.
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Bei dem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird durch
den Rotor 21 Ener-ie von einer elektrisehen Spule 36 (Elektromotor) zu einer
Spule 37
(Generator) übertragen. Es handelt sich, bei dem Ausführungsbeispiel
also um einen elektrisch angetriebenen Generator. Hierbei konnten Drehzahlen von
50 000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden.
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Bei der in F i -. 4 als Ausführungsbeispiel gezeigten
J C
Maschine trägt ein Rotor 41 ein Turbinenrad 54 und ein Kompressorrad
58. Auch hier wird das stationäre La-erteil durch eine Achse 42 gebildet,
die an ihren Enden über Federstäbe 26 a mit dem feststehenden Gehäuse verbunden
ist. Die Federstäbe 26 a können mit den Achsenenden jeweils aus einem Stück
hergestellt sein. Als an dem stationären Lagerteil (Achse 42) angreifende Dämpfungsmittel.
sind an den Enden der Achse 42 Hohlräume 51 vorgesehen, die mit feinkörniger
Substanz, im darcrestellten Beispiel Metallteilchen 52, beispielsweise Bleischrot,
gefüllt sind. Das Druckgas wird durch eine Leitun ' - 49 einer zentralen
Bohrung 44 im Inneren der Achse 42 zugeführt, von wo es durch Bohrungen 45 radial
nach außen in die rin,-förmigen Lagerspalte 43 gelangt. Zusätzlich zu den Radiallaaem
ist ein über einen Raum 43 a und Bohrungen 47 ebenfalls mit Druckgas versorgtes
Axiallagger mit einem Lagerspalt 48 und einer Axialdruckscheibe 46 vorgesehen.
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Statt der in den F i 3 und 4 gezeigten waagerechten Anordnun-
des Rotors kann auch eine senkrechte Anordnung gewählt werden. Auch bei, dieser
Anordnung tritt die Dämpfungswirkung der Dämpfungsmittel in gleichem Maße ein.
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Bei den in den F i 5 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen
bestehen die federelastischen Mittel und die Dämpfungsmittel aus Metall. Diese Werkstoffwahl
kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Umgebungseinflüsse für Gummi oder
andere elastomere Werkstoffe schädlich sind. -
Die in F i g. 5 gezeigte
Maschine besteht -im wesentlichen aus einem Elektromotor (Wicklung 111),
einer von diesem angetriebenen Welle 113 und einem darauf angeordneten Kompressorrad
116. Die Welle 113
ist in druckgasgeschmierten Lagerbüchsen
118 a, 118 b
gelagert. Durch Leitungen 121 b gelangt
das Druckgas C
zu dem Lagerspalt 119 zwischen Lagerbüchse
118 a,
118 b und Rotor 112. Geaenüber einem starren Gehäuseteil
122 sind die Lagerbüchsen 118 a, 118 b über ringförmige
Federn 123 abgestützt. Im Querschnitt sind die Federn 123 winkelförmig
ausgebildet.
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,Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist nur das rechte Lager
zusätzliche gesonderte Dämpfungsmittel auf, die aus in einem ringförmigen Hohlraum
der Lagerbüchse 118 b enthaltenen körnigen Metallteilchen 124 bestehen, beispielsweise
Bleischrot.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den F i a,. 6
und
7 sind als federelastische Mittel zwischen einem feststehenden Gehäuseteil
122 und dem als Lagerbüchse 118 ausgeführten stationären Lagerteil gewellte
ringförmige Federn 123 a angeordnet. Ebenfalls zwischen dem feststehenden
Gehäuseteil und der Laaerbüchse 118 ist als Dämpfungsmittel eine ringförmige
Packung 124 a aus metallischen Fasern eingelegt. Ein Teil der Lagerbüchse
118 ist für ein gasgeschmiertes Axiallager, letzteres mit einem Lager spalt
136, ausgebildet.
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Bei dem in F i 8 -ezeigten Ausführungsbeispiel C t2
handelt es sich ebenfalls um ein kombiniertes Radial-Axial-La-er. Hierbei erstrecken
sich Federelemente 123 b von einer Auflagefläche am feststehenden Gehäuseteil
122 zu der Lagerbüchse 118, die als Dämpfungsmittel in einem Hohlraum ebenfalls
körniae Metallteilchen 124 enthält. Die Dämpfungsmittel wirken sowohl in radialer
wie auch in axialer Richtuncy c*