DE4334662C2 - Maschine mit einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Klimaanlagen für Flugzeuge werden z. B. typischerweise Luftumwälzmaschinen verwendet, um von den Motoren oder einem Hilfsaggregat gelieferte Druckluft zu kühlen und aufzu­ bereiten. Die folgenden Überlegungen gelten jedoch auch für andere Ausbildungen und Anwendungen einer gattungsgemäßen Maschine mit einer Welle.

Bei einer Luftumwälzmaschine ist eine Welle drehbar in einem Gehäuse gelagert und dient dazu, einen Kompressor und eine Turbine miteinander zu verbinden. Die Druckluft wird zuerst dem Kompressor zugeführt, wo sie komprimiert und wegen der Kompression erwärmt wird. Nach Abkühlung in einem Wärme­ tauscher wird die komprimierte Luft dann in der Turbine expandiert und auf eine sehr niedrige Temperatur herunter­ gekühlt, um die Flugzeugkabine und die Flugzeugelektronik zu kühlen. Die Druckluft, welche auf die Turbine einwirkt, treibt die Turbine und deren Welle zu einer Drehbewegung an, wodurch wiederum der Kompressor angetrieben wird.

Zur Lagerung der Welle, die den Kompressor und die Turbine miteinander verbindet, werden bei Luftumwälzmaschinen der betrachteten Art typischerweise drei Lager verwendet.

Zwei dieser Lager sind dabei Radiallager, welche die Welle in radialer Richtung positionieren. Das dritte Lager ist ein Drucklager, welches die Welle axial in einer vorgegebenen Position hält. Für eine optimale Leistung müssen sehr enge Zwischenräume zwischen dem Maschinengehäuse und den Spitzen der Rotorblätter des Kompressors und der Turbine eingehalten werden. Wenn nun die Lager mehr als ein außerordentlich geringes Spiel ermöglichen, führt dies unter Last zu einer Verlagerung der Welle, bei der die Spitzen der Flügelräder in Kontakt mit dem sie umgebenden Gehäuse gelangen können.

Bei vorbekannten Luftumwälzmaschinen wurden hydrodynamische Fluidfilmlager üblicherweise als Luftlager bezeichnet verwendet, um die Welle radial und axial zu positionieren, da solche Lager nur ein minimales Spiel haben. Für den Einsatz von Luftlagern sind jedoch außerordentlich kleine Zwischen­ räume bzw. Toleranzen von beispielsweise +-0,005 mm (0,0002") erforderlich. Außerdem ist bei Luftlagern die Zuführung von Luft zur Kühlung erforderlich, und diese Lager werden beim Anlaufen und beim Stillsetzen wegen des Fehlens einer Abstützung bei niedrigen Geschwindigkeiten leicht beschädigt. Wegen der kleinen Toleranzen für Luftlager erhöhen Staub und andere Verschmutzungen die Gefahr von Beschädigungen; außer­ dem führen die engen Toleranzen zu einer relativ hohen Reibung und einer großen Reibungswärme. Im Ergebnis ist häufig ein Auswechseln der Luftlager erforderlich, was einen erheblichen Kostenfaktor darstellt, und außerdem können bei einem Ausfall der Lager im Betrieb der Kompressor und/oder die Turbine beschädigt werden. Außerdem muß eine mit Hilfe von Luftlagern gelagerte Welle zur Reparatur und zum Aus­ wechseln in axialer Richtung aus dem Gehäuse herausgenommen werden, und dies macht gewöhnlich einen Ausbau der Luftum­ wälzmaschine aus dem Flugzeug und das Einsenden derselben an eine Reparaturwerkstatt erforderlich.

Bei verschiedenen Arten von Maschinen werden magnetische Lager verwendet, um die Wellen zu lagern. Bei magnetischen Radiallagern werden mehrere Elektromagnete in Umfangsrichtung im Abstand voneinander rings um eine Welle angeordnet und erzeugen bei Speisung mit einem Erregerstrom entgegengesetzte magnetische Kräfte, die bewirken, daß die Welle in dem ihr zur Verfügung stehenden freien Raum im Inneren des Gehäuses schwebend gelagert wird. Sensoren erfassen die aktuelle Position der Welle und ändern die Speisung der Elektro­ magneten in einer solchen Weise, daß die Welle exakt bezüglich einer vorgegebenen Achse zentriert wird.

Obwohl die Anschaffungskosten für ein magnetisches Lager­ system etwas höher sein können als für ein Luftlagersystem, gestatten magnetische Lager andererseits eine maschinelle Bearbeitung mit leichter einzuhaltenden Toleranzen von bei­ spielsweise +-0,025 mm (0,001") sowie größere Zwischenräume. Außerdem benötigen magnetische Lager keine Luftkühlung, haben eine relativ große Lebensdauer und sind in der Lage, Wellen im Ruhezustand oder im Betrieb bei Drehzahlen von 100.000 UpM oder mehr abzustützen.

In der Publikation der SKF Kugellagerfabrik GmbH Schweinfurt: Technische Informationen "Aktive Magnetlager" ist ein Turbo­ verdichter mit magnetischen Lagern offenbart. Die Endlager der Welle sind in geschlossener Hauform ausgeführt, während ein mittiges Stützlager teilbar ist. Bei dieser Konstruktion ist es nicht möglich, das Statorgehäuse zu öffnen und die Welle und den Rotor einfach aus den Magnetlagern zu ent­ nehmen.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfache und schnelle Wartung und Reparatur der gattungsgemäßen Maschine zu ermöglichen. Außerdem wäre es wünschenswert, eine Maschine der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Welle exakt positioniert und für lange Betriebszeiten zuverlässig gelagert ist, und zwar auch bei hohen Drehzahlen in einer Umgebung mit starken Vibrationen und Stößen und hohen Temperaturen, wie sie typischerweise in einem Düsenflugzeug auftreten.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Maschine gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die magnetischen Lager und das Gehäuse im wesentlichen als geteilte Konstruktionselemente ausgebildet sind, die eine relativ einfache und schnelle Montage und Demontage der Maschine und das Herausnehmen der Welle und anderer Bauteile zu Wartungs- und Reparaturarbeiten gestatten.

Es ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Maschine gemäß der Erfindung, daß durch die Lagerung ihrer Welle mit Hilfe von magnetischen Lagern ohne Einhaltung allzu enger Toleranzen eine lange störungsfreie Betriebsdauer selbst unter erschwer­ ten Betriebsbedingungen erreicht werden kann, wie sie bei­ spielsweise in einem Flugzeug auftreten.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird auch zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft an der Welle ein magne­ tisches Drucklager verwendet, insbesondere um die Kraft zu kompensieren, die sich aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Kompressor und der Turbine bei der Maschine ergibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstände abhängiger Ansprüche. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Hauptelemente einer als Luftumwälzmaschine ausgebildeten Maschine gemäß der Erfindung in Verbindung mit angrenzenden Teilen eines Flugzeugs;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftumwälzmaschine, wobei einige Teile weggebrochen und andere im Schnitt darge­ stellt sind;

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Explosionsdarstellung eines Hauptgehäuses der Luftumwälzmaschine;

Fig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Welle und der magnetischen Lager der Luftumwälzmaschine und

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eines der magneti­ schen Radiallager der Luftumwälzmaschine.

Zum Zwecke der Erläuterung ist die Erfindung in den Zeich­ nungsfiguren als Luftumwälzmaschine 10 zum Einsatz in einem Flugzeug dargestellt, welches von einer Maschine 11, wie z. B. einer Gasturbine, angetrieben wird. Die Luftumwälzma­ schine 10 empfängt heiße, unter Druck stehende Luft (einen Nebenluftstrom) von der Maschine 11 über eine Leitung 12 und gibt über eine Leitung 13 gekühlte Luft ab, beispielsweise Luft mit einer Temperatur von etwa -23°C (-10°F).

Die gekühlte Luft aus der Leitung 13 - die Leitungen 12 und 13 sind in Fig. 1 nur ganz schematisch als Linienzüge darge­ stellt - kann weiterbehandelt bzw. aufbereitet und zum Kühlen der Kabine und der Elektronik des Flugzeugs verwendet werden.

Im allgemeinen umfaßt die Luftumwälzmaschine ein Gehäuse 15, eine in dem Gehäuse 15 drehbar gelagerte Welle 16, einen Kom­ pressor 17 an einem Ende des Gehäuses 15 und eine Turbine 18 am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 15. Der Kompressor umfaßt einen mit Flügeln versehenen Rotor 19 bzw. ein Flügel­ rad (Fig. 2), welches an einem Endbereich der Welle 16 befe­ stigt und innerhalb eines Stators 20 drehbar ist, der einen Einlaß 21 besitzt und in einem Gehäuse 22 montiert ist, wobei der Einlaß 21 mit der Leitung 12 in Verbindung steht und die heiße Luft von der Maschine 11 empfängt. Das Gehäuse 22 be­ sitzt einen Montageflansch 23, der an einem ringförmigen Mon­ tageflansch 24 an einem angrenzenden Ende des Gehäuses 15 mittels in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordne­ ter und sich in axialer Richtung erstreckender Schrauben 25 befestigt ist.

In entsprechender Weise besitzt die Turbine 18 einen mit Flü­ geln versehenen Rotor 26 bzw. ein Flügelrad, das am gegen­ überliegenden Ende der Welle 16 befestigt und in einem Stator 27 drehbar ist. Dem Stator 27 ist eine Einlaßkammer bzw. ein Einlaßgehäuse 28 zugeordnet, welches einen Einlaß 29 besitzt bzw. einen Einlaßstutzen, über den dem Stator 27 Druckluft zuführbar ist. In Umfangsrichtung im Abstand voneinander an­ geordnete und sich in axialer Richtung erstreckende Schrauben 30 sichern einen Montageflansch 31 des Gehäuses 28 an einem ringförmigen Montageflansch 32, der etwa in der Mitte des Ge­ häuses 15 von diesem radial nach außen absteht. Die über die Leitung 12 zugeführte, abgezweigte Luft wird von dem Kompres­ sor 17 komprimiert, wobei sie sich (weiter) erwärmt und über einen Auslaß des Gehäuses 22 an einen Wärmetauscher 34 (Fig. 1) abgegeben, welcher einen Auslaß besitzt, der mit dem Ein­ laß der Turbine 18 in Verbindung steht. Im vorliegenden Fall ist der Wärmetauscher 34 ein luftgekühlter Wärmetauscher, bei dem aufgrund der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs ein Luftstrom durch den Wärmetauscher streicht und die heiße Druckluft ab­ kühlt, die dem Wärmetauscher von dem Kompressor 17 zugeführt wird. Die Druckluft fließt dann aus dem Wärmetauscher zu der Turbine 18, wo sie expandiert. Dies liefert nicht nur die erforderliche Energie zum Antreiben des Kompressorrotors 19 über die Welle 16, sondern führt außerdem zu einem Strom ge­ kühlter Luft durch die Leitung 13 zur Verwendung zur Kühlung der Flugzeugkabine und der Flugzeugelektronik. Beim Aus­ führungsbeispiel dreht sich die Welle mit etwa 90.000 UpM; es sind jedoch Drehzahlen von weit über 100.000 UpM möglich.

Damit sich die Rotoren 19 und 26 in ihrem jeweiligen Stator 20 bzw. 27 bei geringem Spiel bzw. Zwischenraum mit hoher Drehzahl drehen können, ist es erforderlich, daß die Welle 16 in dem Gehäuse 15 derart gelagert ist, daß sie sich konstant um eine exakt vorgegebene horizontale Achse dreht, und zwar trotz Lastschwankungen an der Welle und trotz schwerer Vibra­ tionen, hoher Stoßbelastungen und hoher Temperaturen, die im Betrieb des Flugzeugs auf die Luftumwälzmaschine 10 einwirken können. Gemäß der Erfindung werden magnetische Lager verwen­ det, die bewirken, daß die Welle 16 frei in dem ihr im In­ neren des Gehäuses zur Verfügung stehenden Raum schwebt, und um die Drehachse unter allen Last- und Temperaturbedingungen auf einer exakt vorgegebenen Achse zu halten. Die magneti­ schen Lager sind dabei weitaus dauerhafter als mechanische Lager und besitzen, wie dies nachstehend noch näher erläutert werden wird, gegenüber Luftlagern, wie sie konventioneller­ weise in Luftumwälzmaschinen verwendet werden, eine Reihe von Vorteilen.

Im einzelnen sind an der Welle 16 zwischen dem Kompressor 17 und der Turbine 18 zwei axial im Abstand voneinander angeord­ nete magnetische Lager 40 vorgesehen, die der radialen Ab­ stützung der Welle 16 im Inneren des Gehäuses 15 dienen. Die beiden als Radiallager ausgebildeten magnetischen Lager 40 sind identisch, so daß nur eines dieser Lager näher beschrieben wird. Das Lager 40 umfaßt mehrere Elektromagnete 42, die von dem Gehäuse 15 gehaltert werden und rings um einen an der Welle 44 befestigten Kragen, der aus einem Ma­ terial mit hoher magnetischer Sättigung besteht, in gleich­ mäßigen Abständen voneinander angeordnet sind. Die Anzahl der Elektromagnete 42 kann variieren; typischerweise werden je­ doch rings um den Kragen acht Elektromagnete angeordnet. Die Elektromagnete sind paarweise derart angeordnet, daß die bei­ den Elektromagnete eines Paares entgegengesetzte Polarität und benachbarte Elektromagnete benachbarter Paare dieselbe Polarität aufweisen.

Die Elektromagnete 42 für jedes Lager 40 sind in Fig. 5 sche­ matisch dargestellt. Wie dargestellt umfaßt jeder Elektromag­ net 42 einen Kern 45, der ein Polstück definiert und eine bo­ genförmige Polfläche 46 aufweist, die konzentrisch zu dem Kragen 44 angeordnet und von diesem durch einen schmalen Luftspalt mit einer Höhe von etwa 0,25 mm (0,010") getrennt ist. Um jeden Kern 45 ist eine elektrische Spule 48 ge­ wickelt, die über eine Wellenpositions-Steuerung 50, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, mit Erregerstrom gespeist werden kann. Berührungslos arbeitende Positionssensoren 52 sind in Umfangsrichtung rings um einen Kragen 54 angeordnet, der dem Kragen 44 benachbart ist, um die tatsächliche radiale Position der Welle 16 zu erfassen und an die Regelung bzw. Steuerung 50 Signale zu übermitteln, die der Position ent­ sprechen. Die Sensoren 52 werden durch Haltebügel 55 in dem Gehäuse 15 gehaltert, wobei typischerweise für jedes Lager 40 zwei Positionssensoren 52 vorgesehen sind.

Wenn die Spulen 48 erregt werden, erzeugen die Elektromagnete 42 der beiden Lager 40 magnetische Felder, die derart mit den Kragen 44 zusammenwirken, daß sie die Welle 16 im Schwebezu­ stand halten, so daß diese nicht in körperlichen Kontakt mit den Polflächen 46 der Kerne 45 gelangt. Die radiale Position der Welle wird dabei durch die Sensoren 52 ständig überwacht, und für den Fall, daß die Welle in radialer Richtung von einer exakt vorgegebenen Achse abweicht, wird der den Elek­ tromagneten 42 bzw. deren Spulen 48 zugeführte Strom durch die Steuerung 50 derart nachgestellt, daß die Welle 16 in ihre korrekte Position zurückgebracht wird.

Ein weiteres, als Drucklager dienendes magnetisches Lager 60 ist vorgesehen, um die Welle 16 im Inneren des Gehäuses 15 in einer vorgegebenen axialen Position zu halten. Das Drucklager 60 ist zwischen den beiden Radiallagern 40 angeordnet und um­ faßt eine Scheibe 61, die an der Welle 16 befestigt ist und radial von dieser absteht. Weiterhin umfaßt das Drucklager 60 axial angeordnete und einander axial gegenüberliegende Elek­ tromagnete 63, die auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 61 an dem Gehäuse 50 befestigt sind. Dabei sind auf jeder Seite der Scheibe 61 jeweils zwei Elektromagnete 63 positio­ niert.

Beim Ausführungsbeispiel umfaßt jeder Elektromagnet 63 des Drucklagers 60 einen Metallkern mit einer ringförmigen Pol­ fläche, die der Scheibe 61 gegenüberliegt und von dieser durch einen engen axialen Luftspalt mit einer Höhe von etwa 0,25 mm (0,010") getrennt ist. Auf jeden Kern ist eine elek­ trische Spule gewickelt, welche bei Speisung mit einem Er­ regerstrom die Erzeugung eines magnetischen Flusses zur Folge hat, der die Tendenz hat, die Scheibe 61 in axialer Richtung gegen den betreffenden Elektromagneten 63 zu ziehen. Dabei werden die Spulen der Elektromagnete 63 von der Wellensteue­ rung 50 mit Erregerstrom gespeist. Ein berührungslos arbei­ tender Positionssensor 65, der in Fig. 1 schematisch darge­ stellt ist und in Verbindung mit der Steuerung 50 steht, er­ faßt die tatsächliche axiale Position der Welle 16 und über­ trägt an die Steuerung 50 ein dieser Position entsprechendes Signal.

Die axialen, im Abstand voneinander angeordneten Elektromag­ nete 63 des Drucklagers 60 üben axial entgegengesetzte magne­ tische Kräfte auf die Scheibe 61 aus, um die Welle 16 in einer vorgegebenen axialen Position zu halten.

Bei einigen Luftumwälzmaschinen ist eine zusätzliche Scheibe 67 (Fig. 2 und 4) angrenzend an die Scheibe 64 an der Welle 16 befestigt und steht radial von dieser ab und wirkt mit einem ringförmigen axial ausgerichteten Permanentmagneten 69 zusammen, der an dem Gehäuse 15 befestigt ist. Der Permanent­ magnet 69 ist dabei auf derjenigen Seite der Scheibe 67 ange­ ordnet, die dem Kompressor 17 zugewandt ist und übt eine kon­ stante axiale Vorspannkraft auf die Welle 16 in Richtung auf den Kompressor 17 aus, um der axialen Kraft entgegenzuwirken, die infolge der Druckdifferenz zwischen dem Kompressor 17 und der Turbine 18 entsteht. Der Permanentmagnet 69 reduziert bei umlaufender Welle 16 die Kraft, die von den Elektromagneten 63 aufgebracht werden muß.

Mechanische Stützlager sind vorgesehen, um die Welle 16 abzu­ stützen, solange sie sich nicht dreht sowie während eines re­ lativ kurzen Zeitintervalls von beispielsweise maximal 7 sec. für den Fall eines Stromausfalls für die Magnete 42. Beim Ausführungsbeispiel werden die mechanischen Stützlager durch stationäre Buchsen 70 (Fig. 3) gebildet, welche in den Stirn­ wänden 71 und 72 des Gehäuses 15 angebracht sind und der Ab­ stützung der Endbereiche der Welle 16 dienen.

Im Vergleich zu Luftlagern bietet die Verwendung magnetischer Lager 40 und 60 bei der betrachteten Luftumwälzmaschine 10 verschiedene Vorteile. Beispielsweise muß das Laufspiel bei Luftlagern bei etwa +-0,005 mm (0,0002") gehalten werden, während für das Spiel bei Verwendung magnetischer Lager we­ sentlich geringere Toleranzanforderungen mit einem Wert von etwa +-0,012 mm (0,005") eingehalten werden müssen. Der rela­ tiv große Wert für das Lagerspiel bei magnetischen Lagern führt zu weniger Reibung und Erwärmung. Außerdem wird durch das relativ große Spiel die Gefahr verringert, daß die magne­ tischen Lager durch Staub oder andere Verschmutzungen beschä­ digt werden. Beim Hochfahren und beim Stillsetzen sind die magnetischen Lager darüber hinaus keinem Verschleiß unterwor­ fen, und dies führt in Verbindung mit den vorstehend ange­ sprochenen Faktoren dazu, daß die Lebensdauer der Lager be­ trächtlich erhöht wird, während gleichzeitig die Wartungsko­ sten erheblich verringert werden. Außerdem muß bei magneti­ schen Lagern, anders als bei Luftlagern, keine Luft aus der Leitung 12 zum Zwecke der Kühlung der Lager abgezweigt werden.

Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, daß das Gehäuse 15 als in Längsrichtung geteilte Gehäuseanordnung mit zwei Ge­ häuseteilen 15A und 15B ausgebildet ist (Fig. 3). Die beiden Gehäuseteile 15A und 15B sind mit Montageflanschen 75 verse­ hen, welche Öffnungen 76 für Befestigungselemente, wie z. B. Schrauben 77, aufweisen. Wenn die Gehäuseteile 15A und 15B um die Welle 16 zusammengebaut sind, dann stehen die Montage­ flansche 75 des Gehäuseteils 15A den Montageflanschen 75 des Gehäuseteils 15B flächenhaft gegenüber und die Grenzfläche zwischen den aufeinanderpassenden Flanschen liegt in einer Ebene, welche im wesentlichen mit einer Ebene zusammenfällt, in der auch die Drehachse der Welle 16 liegt. Die Gehäusetei­ le 15A, 15B werden durch die Schrauben 77 in zusammengebautem Zustand gehalten, welche die Öffnungen 76 der Flansche 75 durchgreifen. Durch Entfernen dieser Schrauben 77 kann je­ der Gehäuseteil 15A, 15B durch radiales Abziehen von der Wel­ le 16 abgehoben werden. Die Gehäuseteile 15A, 15B sind also ähnlich ausgebildet wie die beiden Schalen einer Muschel und können geöffnet werden, um Zugang zu der Welle 16 zu erhal­ ten, ohne daß die Notwendigkeit bestünde, die Welle in axia­ ler Richtung aus dem Gehäuse 15 herauszuziehen.

Die verschiedenen Lager 40, 60 und 70 sind ebenfalls als be­ züglich der Achse der Welle 16 geteilte Lager ausgebildet, so daß die Gehäuseteile 15A und 15B in der oben beschriebenen Weise auseinandergenommen werden können. Wie besonders aus Fig. 4 deutlich wird, besteht jedes der Radiallager 40 aus zwei voneinander getrennten Modulen 40A und 40B, wobei jeder Modul vier Elektromagnete 40 umfaßt und einen im wesentlichen halbkreisförmigen Montagebügel 80A bzw. 80B zur Halterung der Elektromagnete aufweist. In ähnlicher Weise sind die in axia­ lem Abstand angeordneten Komponenten des Drucklagers 60 durch geteilte Module 63A und 63B gebildet, welche halbkreisförmige Montagebügel 81A bzw. 81B aufweisen. Jeder Modul der axial im Abstand voneinander angeordneten Komponenten des Drucklagers 60 umfaßt dabei einen Elektromagneten.

Der Permanentmagnet 69 ist ebenfalls als geteilter Magnet mit zwei Modulen 69A und 69B mit halbkreisförmigen Montagebügeln 82A bzw. 82B ausgebildet. Schließlich sind die stationären Teile der Stützlager 70 als radial geteilte Lager mit zwei Hälften 70A und 70B ausgebildet (Fig. 3).

Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Module sind in den betreffenden Gehäuseteilen 15A und 15B gehaltert. Beispiels­ weise durchgreifen in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Schrauben 90, wie dies besonders aus Fig. 2 deutlich wird, die Stirnwand 71 des Gehäuseteils 15A, den Montagebügel 80A für den benachbarten Radiallagermodul 40 und den Montagebügel 82A für den Modul 69A des Permanentmagnetes 69, um diese Montagebügel an dem Gehäuseteil 15A zu befesti­ gen. Die Buchsen 91 auf den Schrauben 90 sind zwischen den Bügeln 80A und 82A angeordnet, um letztere in axialem Abstand voneinander zu halten.

In Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Schrau­ ben 94 (Fig. 2) durchgreifen die Stirnwand 72 des Gehäuse­ teils 15A, den Montagebügel 80A für den angrenzenden Radial­ lagermodul 40 und den Montagebügel 81A des Moduls 63A des Drucklagers 63, um diese Bauelemente in dem Gehäuseteil 15A zu sichern. Eine als Distanzelement dienende Buchse 95 hält dabei den Bügel 80A in einem axialen Abstand von dem Bügel 81A, während eine weitere Buchse 96 einen festen axialen Ab­ stand zwischen den beiden Haltebügeln 81A aufrechterhält.

Die verschiedenen Komponenten in dem Gehäuseteil 15B sind in ähnlicher Weise gehaltert wie dies vorstehend beschrieben wurde.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung läßt sich auf relativ einfache Weise Zugriff zu der Welle 16 und zu den Ro­ toren 19, 26 der Turbine bzw. des Kompressors gewinnen. Zu­ nächst werden die Schrauben 25 und 30 entfernt, um ein axia­ les Abziehen des Kompressorgehäuses 22 und des Turbinengehäu­ ses 28 von dem Gehäuse 15 zu ermöglichen. Anschließend werden die Schrauben 77 entfernt, um die Möglichkeit zu eröffnen, den Gehäuseteil 15A mit den darin angeordneten Lagermodulen von der Welle 16 und dem Gehäuseteil 15B wegzubewegen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, oder alternativ den Gehäuseteil 15B mit seinen Lagermodulen radial in entgegengesetzter Richtung von der Welle 16 und dem Gehäuseteil 15A wegzubewe­ gen. In beiden Fällen kann dann die Welle 16 mit dem Kompres­ sor- und dem Turbinenrotor 19 bzw. 26 radial von dem "freige­ legten" Gehäuseteil entfernt werden. Hierdurch können War­ tungsarbeiten, wie z. B. das Entfernen der Lager 40, 60 oder 70 oder der Welle 16 auf relativ einfache Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Welle 16 einfach aus dem of­ fenen Gehäuseteil herausgehoben und durch eine vorab ausge­ wuchtete Welle ersetzt werden, statt die komplette Maschine 10 zu einer Reparaturwerkstatt zu senden, die über spezielle Einrichtungen zum axialen Entfernen einer Welle von ihren La­ gern verfügt. Weiterhin kann der endgültige Abgleich bzw. das abschließende Auswuchten der Welle 16 durchgeführt werden, wenn die Rotoren 19 und 26 bereits auf der Welle 16 montiert sind, um so das Auswuchten der gesamten drehbaren Anordnung zu verbessern.

Claims (6)

1. Maschine mit einer Welle, welche in einem Maschinen­ gehäuse mittels wenigstens zwei als Radiallager aus­ gebildeten Magnetlagern um eine zentrale Drehachse drehbar gelagert ist, wobei jedes der in axialem Abstand voneinander angeordneten Magnetlager Elektromagnete auf­ weist, welche im Maschinengehäuse in Umfangsrichtung im Abstand voneinander rings um die Welle angeordnet sind, und wobei ferner die Elektromagnete selektiv mit Erregerströmen speisbare Spulenanordnungen aufweisen, um die Welle im Maschinengehäuse in radialer Richtung zu lagern und wobei die radiale Position der Wellenachse erfassende Sensorvorrichtungen sowie eine mit den Sensorvorrichtungen zusammenwirkende Steuer- oder Regelvorrichtung vorge­ sehen sind zur variablen Erregung der Spulenanordnungen in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Sensor­ vorrichtungen derart, daß die Wellenachse mit einer zentralen Drehachse durch das Maschinengehäuse zusammen­ fällt, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse (15) zwei Gehäuseteile (15A, 15B) aufweist, die in einer Ebene, welche mit einer die Wellenachse enthaltenden Ebene im wesentlichen zusammenfällt, passend aneinander­ gefügt und durch lösbare Verbindungsvorrichtungen (76, 77) aneinander befestigt sind und daß erste Gruppen (40A) der Elektromagnete (42) beider Magnetlager (40) in einem ersten (15A) und zweite Gruppen (40B) der Elektro­ magnete (42) beider Magnetlager (40) im zweiten (15B) der beiden Gehäuseteile angebracht sind, so daß nach Lösen der Verbindungsvorrichtungen (76, 77) das eine Gehäuseteil (15A) samt den ersten Gruppen (40A) von Elektromagneten (42) in einer Richtung und das andere Gehäuseteil (15B) samt den zweiten Gruppen (40B) von Elektromagneten (42) in entgegengesetzter Richtung von der Welle (16) wegbewegbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Lager (60), um die Welle (16) in dem Gehäuse (15) in einer vorgegebenen axialen Position zu halten, wobei das zusätzliche Lager (60) axial im Abstand voneinander angeordnete und einander axial gegenüberliegende Elektromagnete (63) umfaßt, die in dem Gehäuse (15) montiert und im wesentlichen koaxial zu der Welle (16) angeordnet sind, sowie eine Scheibe (61), die starr mit der Welle (16) verbunden ist, radial von dieser absteht und zwischen den einander in axialer Richtung gegenüberliegenden Elektromagneten (63) ange­ ordnet ist, wobei die einander in axialer Richtung gegenüberliegenden Elektromagnete (63) selektiv mit einem Erregerstrom ansteuerbare elektrische Spulen­ anordnungen umfassen, durch die magnetische Kräfte erzeugbar sind, die in axial entgegengesetzten Rich­ tungen auf die Scheibe (61) einwirken, und durch Sensoreinrichtungen (65), mit deren Hilfe die axiale Position der Welle (16) erfaßbar ist, und daß Steuer- oder Regeleinrichtungen (50) vorgesehen sind, durch die die Erregung der Spulenanordnungen der einander in axialer Richtung gegenüberliegenden Elektromagnete (63) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Sensor­ einrichtungen (65) zum Aufrechterhalten einer vor­ gegebenen axialen Position der Welle (16) variabel ist, wobei die sich axial gegenüberliegenden Elektromagnete (63) in erste (63A) und zweite (63B) Gruppen unterteilt sind, welche in den entsprechenden Gehäuseteilen (15A, 15B) montiert sind, so daß die Scheibe (61) und die Welle (16) für den Ausbau frei zugänglich sind, wenn die Gehäuseteile (15A, 15B) getrennt werden.

3. Maschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite, starr mit der Welle (16) verbundene und radial von dieser abstehende Scheibe (67) und einen in dem Gehäuse (15) dieser zweiten Scheibe (67) axial gegen­ überliegenden ringförmigen Permanentmagneten (69), mit dessen Hilfe auf die zweite Scheibe (67) und die Welle magnetische Kräfte in einer vorgegebenen axialen Richtung ausübbar sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Gehäuseteile (15A, 15B) Montageflansche (75) aufweisen, die bezüglich der die vorgegebene Drehachse enthaltenden Ebene passend gegeneinander ausgerichtet sind, wobei die Ver­ bindungsvorrichtungen (76, 77) Mittel zum lösbaren Ver­ binden der Flansche (75) miteinander umfassen.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Elektromagnete jedes der Lager (40, 60) in dem einen Gehäuseteil (15A) montiert ist und die andere Hälfte der Elektromagnete jedes der Lager (40, 60) in dem anderen Gehäuseteil (15B).

6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kompressor (17), der auf der Welle (16) montiert ist und Einlaßeinrichtungen (21) zum Zuführen eines zu komprimierenden unter Druck stehenden Gases aufweist sowie eine ebenfalls auf der Welle (16) axial im Abstand von dem Kompressor (17) montierte Turbine (18) mit Einlaßeinrichtungen zum Aufnehmen des von dem Kompressor (17) komprimierten Gases, wobei die Turbine (18) durch das von dem Kompressor (17) kompri­ mierte Gas angetrieben wird und über die Welle (16) den Kompressor (17) antreibt und wobei das der Turbine (18) zugeführte unter Druck stehende Gas expandiert und dadurch abgekühlt wird, so daß die Maschine als Luft­ umwälzmaschine, insbesondere für ein Flugzeug, arbeitet.