DE69104324T2

DE69104324T2 - Wegziehbare axiale Lagereinheit mit flexibler Membran für eine rotierende Maschine.

Info

Publication number: DE69104324T2
Application number: DE69104324T
Authority: DE
Inventors: Luc Chatenet; Claude Mechin
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2011-10-25
Also published as: FR2668553A1; DE69104324D1; FR2668553B1; US5232334A; EP0484209B1; JPH0681835A; EP0484209A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, mit einer über radiale Lager auf einem Rahmen innerhalb eines Gehäuses montierten rotierenden Welle, wobei die Welle eine Axialkraft in einer vorbestimmten Richtung während der Anlauf- bzw. Anhalte-Übergangsphase erfährt und der Fluiddruck PR bei Höchstdrehzahl an einer gegebenen Stelle der Maschine größer ist als ein Druckwert PL, bei welchem die Axialkraft am Ende der Anlauf-Übergangsphase und am Anfang der Anhalte-Übergangsphase aufgehoben ist.
Die Erfindung betrifft somit Rotationsmaschinen, die Fluide eingeseten, unabhängig davon, ob es sich um Antriebsmachinen, wie Kreiselpumpen, oder um Abtriebsmaschinen, d.h. die ein Moment erzeugen, handelt.
Es gibt Maschinen, die im Betrieb eine Axialkraft erzeugen. Die Kraft ist üblicherweise von einem passiven Anschlag, wie einem Axialkugellager oder einem Hochschulterlager, aufgenommen. Sucht man nach sehr leistungsstarken Maschinen, insbesondere mit hohem Leistungsgewicht, d.h. die eine hohe Drehzahl und einen hohen Druck aufweisen, dann sind die Axialkräfte so stark, daß ein aktiver axialer Ausgleich notwendig ist. Er wird mittels Vorrichtungen wie einer Ausgleichscheibe oder einer Gegenpumpe bei Kreiselpumpen durchgeführt.
Solche Vorrichtungen sind dennoch nur dann wirksam, wenn die Drehzahl und der ihr zugeordnete Druck einen vorgegebenen Bruchteil der Nenndrehzahl überschreitet. Für die Anlauf- und Anhaltephasen muß ein zusätzliches axiales Ausgleichssystem eingebracht werden.
Andere Maschinen weisen prinzipiell keine Axialkraft bei Nenndrehzahl und Nenndruck auf. Sie können dennoch eine Axialkraft während der Anlauf- und Anhaltephasen aufweisen und benötigen auch für diese Phasen ein zusätzliches axiales Ausgleichssystem.
Es ist noch darauf hinzuweisen, daß der Durchsatz dieser Maschinen in hohem Maße von den axialen Spielen im Betrieb der verschiedenen vom Rotor getragenen Organe und infolgedessen vom axialen Spiel dieses Rotors abhängt, das auf ein Minimum reduziert werden muß, insbesondere für Anwendungsfälle in der Raumfahrt.

Stand der Technik

Es ist bereits bekannt, in Rotationsmaschinen geregelte magnetische Axiallager einzusetzen, die ermöglichen, eine einwandfreie Übereinstimmung der Kraft und der Gegenkraft sicherzustellen, wobei die rotierende Welle in einer konstanten axialen Stellung mit großer Genauigkeit gehalten werden kann. Der Einsatz von geregelten magnetischen Axiallagern beinhaltet dennoch Einschränkungen bezüglich Masse und Volumen sowohl für das Axiallager als auch für dessen Versorgungssystem, so daß ein solches Axiallagersystem nicht auf alle Maschinentypen anwendbar ist.
Weiterhin sind in bezug auf das Gehäuse und die rotierende Welle feste Axiallager bekannt, die zum Beispiel durch Hochschulterlager ausgebildet sind. Solche Axiallager können nicht für sehr hohe Drehzahlen und Durchsätze verwendet werden, wie sie in der Raumfahrtindustrie abverlangt werden.
Die Firma Pratt & Whitney hat im Rahmen einer für den Hauptmotor (SSME) einer Raumfähre vorgesehenen Hochdruck-Turbopumpe vorgeschlagen, ein hydrostatisches Widerlager mit unabhängiger Versorgung einzusetzen, das nur beim Anlaufen und beim Anhalten wirksam ist. Dieses System hat den Nachteil, daß es auf die axialen Spiele der Pumpe einwirkt oder eine ziemlich aufwendige Regelung des hydrostatischen Drucks des Widerlagers bei der axialen Stellung der Welle erfordert. Zudem sind in jedem Fall externe Organe an der Maschine notwendig.
Die Firma Rockwell International Corporation hat zudem im gleichen Rahmen einer Hochdruck-Turbopumpe vorgeschlagen, ein Axialkugellager zu verwenden, das die axialen Kräfte des Anlaufens und des Anhaltens aufnimmt. In einem solchen System greift eine Axialausgleichsvorrichtung ein, wenn die Drehzahl einen vorgegebenen Bruchteil der Nenndrehzahl überschreitet. Die beiden Bahnen des Axiallagers entfernen sich so voneinander, daß die Kugeln dann zwischen den beiden Bahnen "schwimmen" können.
Trotz seiner Einfachheit hat dieses System den Nachteil, daß es zwei axiale Spiele erfordert, die mit zwei axialen Stellungen der Welle kompatibel sind. Diese Spiele sind insbesondere diejenigen der Kugellager, der Dichtungen und des Kranzes, wenn es sich um eine Kreiselpumpe handelt. Dieses System erfordert also perfekt ausgearbeitete Maßketten und eine sehr hohe Genauigkeit in der Ausführung, wenn es darum geht, hohe Durchsätze zu erhalten.
Ein von der Firma Rockwell International Corporation entworfenes Axiallagersystem mit unter der Wirkung des Arbeitsfluids der Rotationsmaschine selbsteinziehbarer Kugel ist in der US-A-4 865 529 beschrieben und wird mit Bezug auf Figur 14 kurz erläutert.
In Figur 14 ist eine Turbopumpe 210 mit einem als Pumpe ausgebildeten vorderen Teil 212 und einem als Turbine ausgebildeten hinteren Teil 214 zu sehen. Eine durch die gesamte Turbopumpe hindurchgehende zentrale Welle 222 wirkt an ihrem vorderen und hinteren Ende mit Axiallagersystemen 220, 284 mit Kugeln 262 bzw. 282 zusammen, die in den Anlauf- und Anhaltephasen wirken, um die Kraft zu übertragen und die Welle 222 zu tragen, während in den Phasen des Nennbetriebs die Welle von radialen Fluidlagern 228, 272 getragen wird. Jedes Axiallager 220, 284 enthält ein feststehendes Teil 250, 294, in dessen Inneren ein Kugelträgerteil 256, 206 axial angeordnet ist, das durch eine Feder 264, 212 vom Typ Belleville-Scheibe vorbelastet ist und das eine halbkugelförmige Fläche 258, 208 zur Aufnahme der Kugel 262 bzw. 282 aufweist, die sich während der Anlauf- und Anhaltephasen in Kontakt mit einer weiteren halbkugelförmigen Fläche 248, 296 befindet, die am Ende der rotierenden Welle ausgebildet ist. Im Nennbetrieb erfahren die Kugelträgerteile 256, 206 eine geringfügige axiale Verschiebung entgegen der Wirkung der Federn 264, 212, um ein Einrükken der Kugel 262, 282 zu ermöglichen, die dann mit den an den Enden der Welle 222 ausgebildeten halbkugelförmigen Flächen 248, 296 nicht mehr in Kontakt sind. Das Einrücken der Kugelträger 256, 206 erfolgt unter der kombinierten Wirkung des in die Welle 222 über Kanäle 244, 280 eingebrachten Fluids, der Betätigung des Ausgleichskolbens 281, der die rotierende Welle 222 axial verschiebt, indem er sich von der Kugel 262 des vorderen Axiallagers entfernt, und in geringem Maße durch den Druck der entspannten Gase der Turbine, der auf das hintere Kugelträgerteil 206 ausgeübt wird.
In einem solchen bekannten unter der Wirkung des Drucks eines Fluids einziehbaren Axiallagersystem sind die Reibungen stark auf der Ebene der aus den Kugeln 262, 282 bestehenden Übertragungsorgane, da diese Kugeln weder mit der Welle 222 noch mit dem Trägerteil 256, 206 fest verbunden, sondern zwischen einem drehenden Organ 222 und einem Teil 256, 206 eingefügt sind, das wiederum drehfest ist. Die Verwendung von Belleville-Scheiben 264, 212 als Feder verstärkt die Reibungen und verhindert eine progressive Einstellung der Steifigkeit, so daß die erhaltenen Wirkungen nicht mit Genauigkeit bestimmt werden können. Die Wirkung des Drucks des Kühlmittels auf die Kugeln 262, 282 durch die Kanäle 244, 280 kann auch nicht in einem breiten Wertebereich eingestellt werden, da der Druck am Eingang des vorderen Kanals 244 gleich dem vom Induktor 240 erzeugten Druck ist, der Druck am Eingang des Hinterkanals 280 gleich dem Förderdruck ist und die Querschnitte der Kanäle 244 und 280 gering sind. Das Vorhandensein eines vorne durch den Kanal 280 zurückgeführten internen Verluststroms und eines nach hinten zur Turbine durch den Kanal 280 tragen jedoch dazu bei, den Durchsatz zu verringern, und die Kette der axialen Abmessungen der verschiedenen Elemente der Turbopumpe erfordert eine komplizierte Berechnung und eine hohe Genauigkeit bei der Ausführung.

Gegenstand und kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, die vorgenannten Nachteilen zu beseitigen und in einfacher und wirksamer Weise außerhalb der Anlauf und Anhaltephasen, während der eine axiale Kraft erzeugt wird, das Einrücken eines Axiallagersystems in einer Rotationsmaschine zu ermöglichen, die mit Fluid betrieben wird, wobei das Einrücken des Axiallagersystems automatisch erfolgt, wenn ein vorgegebener Bruchteil des Nenndrucks und folglich der Nenndrehzahl überschritten wird.
Die Erfindung zielt zudem darauf, eine Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids auszuführen, in welcher die Reibungen sowie die Betriebszeit und die Antriebsdrehzahl eines Axiallagersystems auf ein Minimum reduziert sind, so daß die Lebensdauer des Axiallagersystems erhöht wird, ohne den Betrieb und den Durchsatz der Maschine zu beeinträchtigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Rotationsmaschine auszuführen, die mit einem Axiallagersystem ausgestattet ist, um eine axiale Kraft in einem breiten Wertebereich, einschließlich hoher Werte kompensieren zu können.
Diese Ziele werden erreicht durch eine Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, mit einer über radiale Lager auf einem Rahmen innerhalb eines Gehäuses montierten rotierenden Welle, wobei die Welle eine Axialkraft in einer vorbestimmten Richtung während der Anlauf- bzw. Anhalte-Übergangsphase erfährt, wobei an einer gegebenen Stelle der Maschine der Fluiddruck PR bei Höchstdrehzahl größer ist als ein Druckwert PL, bei welchem die Axialkraft am Ende der Anlauf- Übergangsphase und am Anf ang der Anhalte-Übergangsphase aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie zudem ein automatisch einrückbares Axiallagersystem aufweist, das zwischen der rotierenden Welle der Maschine und ihrem Gehäuse montiert ist, wobei das automatisch einrückbare Axiallagersystem ein zur Drehachse der rotierenden Welle rotationssymmetrisches, jedoch drehfestes verschiebbares Widerlagerteil aufweist, weiterhin ein zur Drehachse der rotierenden Welle rotationssymmetrisches und an dem verschiebbaren Widerlagerteil mit Hilfe eines Lagers befestigtes drehbares Widerlagerteil, wobei das Lager die axialen Kräfte zum verschiebbaren Widerlagerteil hin übertragen kann, eine flexible Vorrichtung von großer Steifigkeit, die das verschiebbare Widerlagerteil mit dem Gehäuse so verbindet, daß eine geringe Verschiebung des verschiebbaren Widerlagerteils entlang der Achse der rotierenden Welle ermöglicht wird, wobei die von dem verschiebbaren Widerlagerteil seitens des Lagers aufgenommenen Axialkräfte zum Gehäuse übertragen werden, ein Übertragungsorgan zur Übertragung der Axialkraft der rotierenden Welle zum drehbaren Widerlagerteil, wobei das Kraftübertragungsorgan zur Achse der rotierenden Welle rotationssymmetrisch und so ausgebildet ist, daß es zwischen der rotierenden Welle und dem drehbaren Widerlagerteil anliegt, ohne eine Kraft auf sie auszuüben, wenn die Maschine stillsteht, und daß es das drehbare Widerlagerteil über eine reine Haftreibung antreibt, wenn die Maschine läuft und eine Axialkraft ausübt, und weiterhin Mittel zum Zuführen eines Steuerfluids in Kontakt mit der flexiblen Vorrichtung aufweist, so daß der Druck dieses Fluids auf die flexible Vorrichtung eine Kraft ausübt, die das verschiebbare Widerlagerteil, das drehbare Widerlagerteil und gegebenenfalls das Kraftübertragungsorgan von der Welle zu entfernen sucht, wenn der Druck des von der Maschine geförderten Fluids an der vorgegebenen Stelle einen Wert (1 + E) PL übersteigt, der etwas über dem Druckwert PL liegt.
Durch die Verwendung eines drehbaren Widerlagerteils, mit welchem das Kraftübertragungsorgan fest verbunden ist, werden die Reibungen auf ein Minimum reduziert, zumal die Welle von radialen Lagern gehalten wird, die in allen Betriebsphasen selbständig sind. Das Vorhandensein einer flexiblen Vorrichtung, deren Membran mit dem Gehäuse fest verbunden ist, verringert weiter die Reibungen und ermöglicht eine leichte Einstellung der durch die Konstruktion erhaltenen Steifigkeit, die das Erhalten genauerer Wirkungen erlaubt. Das Axiallagersystem ist einfach in der Konzeption und Ausführung und weist einen sehr geringen Energieverbrauch auf, was einen zu vernachlässigenden Einfluß auf den Durchsatz der Maschine hat. Die axiale Verschiebung der Welle ist sehr gering, und das Axiallagersystem greift nicht in die Bestimmung der axialen Spiele der Rotoreinheit ein. Der Erhalt des Abstands des Widerlagers ist leicht auf den gewünschten Druck einzustellen, indem mit der Dicke der flexiblen Membran, mit der Fläche dieser dem Steuerfluid ausgesetzten Membran, mit der Beschaffenheit des Materials dieser Membran und eventuell mit dem Druck dieses Fluids gespielt wird.
Nach einer ersten möglichen Ausführungsform enthalten die Mittel zum Zuführen eines Steuerfluids Mittel zum Anlegen des Drucks des von der Maschine geförderten Fluids an die flexible Vorrichtung von der Innenseite der Maschine aus. Dieser Druck kann aus verschiedenen Stellen der Maschine stammen.
Im Falle einer mehrstufigen Kreiselpumpe kann der Druck des von der Maschine geförderten Fluids, der der flexiblen Vorrichtung zugeführt werden soll, z.B. auf der Höhe der Förderung einer der Stufen abgeleitet werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform hat den Vorteil, einfach zu sein, da es keine externe Organe gibt. Außerdem kann bemerkt werden, daß die Steuerung der flexiblen Vorrichtung keine Durchsatz aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Mittel zum Zuführen eines Steuerfluids ein Rohr außerhalb der Maschine auf, das zwischen einer Stelle zum Abzweigen des Drucks des von der Maschine geförderten Fluids und einer Stelle zum Anlegen des Drucks dieses Steuerfluids angeschlossen ist, die sich in der Nähe der flexiblen Vorrichtung befindet, sowie eine Dichtung, die zwischen dem Gehäuse und dem Teil der Welle eingefügt ist, der mit dem Axiallagersystem zusammenwirkt. Diese Ausführungsform ermöglicht, die flexible Anordnung vollständig von der übrigen Maschine zu isolieren und gleichzeitig einen Steuerdruck zu verwenden, der unmittelbar vom Betrieb der Maschine abhängt.
Der auf die flexible Vorrichtung wirkenden Druck kann mit Hilfe eines zwischen der Quelle des Steuerfluids und der Innenwand der flexiblen Vorrichtung eingefügten Reduzierventils eingestellt werden.
In bestimmten Anwendungsfällen kann das Steuerfluid nicht das von der Rotationsmaschine geförderte Fluid, sondern ein weiteres Fluid sein, das aus einem Regelsystem stammt. In diesem Fall weisen die Mittel zum Zuführen eines Steuerfluids ein Rohr außerhalb der Maschine auf, das zwischen einer Abzweigstelle für ein Druckfluid, das von einem Regelsystem stammt und sich von dem von der Maschine geförderten Fluid unterscheidet, und einer Einspritzstelle dieses Steuerfluids angeschlossen ist, die sich in der Nähe der flexibler Vorrichtung befindet, wobei eine Dichtung, die zwischen dem Gehäuse und dem Teil der rotierenden Welle eingefügt ist, der mit dem Axiallagersystem zusammenwirkt, und ein Druckgeber ist in der Maschine angeordnet, um über das Regelsystem das Öffnen eines Ventils zu steuern, das dem Steuerfluid erlaubt, seinen Druck an der Einspritzstelle auszuüben.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, ein Fluid zu verwenden, das einen höheren Steuerdruck aufweist als den Druck, der benötigt wird, um auf die flexible Vorrichtung zu wirken. In diesem Fall weisen die Mittel zum Zuführen eines Steuerfluids eine erste Vorrichtung zum Zuführen eines ersten Steuerfluids auf der zum Kraftübertragungsorgan gerichteten Innenseite der flexiblen Vorrichtung und eine zweite Vorrichtung zum Zuführen eines zweiten Steuerfluids auf der zum Gehäuse gerichteten Außenseite der flexiblen Vorrichtung auf, wobei das erste oder das zweite Steuerfluid vorzugsweise das von der Maschine geförderte Fluid ist.
Die flexible Vorrichtung kann lösbar oder unlösbar an dem Rahmen oder dem Gehäuse der Maschine befestigt werden.
Wenn sie lösbar ist, kann die auf dem Rahmen der Maschine aufgesetzte flexible Vorrichtung auch noch als auf dem Rahmen geschraubtes oder an den Rahmen angeflanschtes Gehäuse dienen.
Die flexible Vorrichtung kann insbesondere aus einem Faltenbalg, einer gewellten Membran, einer ebenen Membran mit parallelen Flächen, z.B. aus einer Metallplatte gebildet, oder einer im wesentlichen halbkugelförmigen Membran bestehen.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform kann die Rotationsmaschine außerdem einen Anschlag aufweisen, der den Hub des verschiebbaren Widerlagerteils begrenzt, wenn sich dieses von der rotierenden Welle unter der Wirkung des Steuerdrucks entfernt. Es wird so ermöglicht, die Steifigkeit der elastischen Vorrichtung zu verringern, um sie an den verfügbaren Druck anzupassen oder ihren Platzbedarf zu verringern.
Das zwischen dem verschiebbaren Widerlagerteil und dem drehbaren Widerlagerteil angeordnete Lager kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, es kann insbesondere zwei Schrägkugellager aufweisen, die gegeneinander angebracht sind, so daß jegliches axiale Spiel zwischen dem drehbaren Widerlagerteil und dem verschiebbaren Widerlagerteil beseitigt ist. Dadurch können die axialen Toleranzen erhöht und jegliches Risiko eines erneuten Kontakts zwischen der Welle und dem Kraftübertragungsorgan nach deren Trennung ausgeräumt werden.
Das Kraftübertragungsorgan kann mit dem drehbaren Widerlagerteil fest verbunden sein und eine eingefaßte Kugel aufweisen, die mit dem Ende der rotierenden Welle zusammenwirkt, oder ein zylindrisches Element aufweisen, das durch zwei zu seiner Achse senkrechte Ebenen begrenzt und in das drehbare Widerlagerteil eingesteckt ist, oder auch ein zylindrisches Element aufweisen, das axial in das drehbare Widerlagerteil eingesteckt und in seinem mit dem Ende der rotierenden Welle in Kontakt kommenden Bereich durch einen einen Wulst bildenden, torischen Abschnitt begrenzt ist.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform weist das mit dem drehbaren Widerlagerteil fest verbundene Kraftübertragungsorgan einen Kranz auf, der zur rotierenden Welle koaxial ist und der, wenn die Maschine stillsteht, mit einem mit der rotierenden Welle fest verbundenen Ansatz oder Ring in Kontakt kommt, und die rotierende Welle geht durch die Baugruppe des automatisch einrückbaren Axiallagersystems hindurch.
Das Kraftübertragungsorgan kann jedoch auch mit dem Ende der rotierenden Welle fest verbunden sein und in diesem Fall mit dem Ende des drehbaren Widerlagerteils zusammenwirken. In diesem Fall kann das Widerlagerteil, wie im Falle einer Montage auf dem drehbaren Widerlagerteil, z.B. eine Kugel oder ein zylindrisches Element aufweisen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung der speziellen Ausführungsformen, die als Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angegeben sind. Es zeigen:
- Figuren 1A und 1B axiale Halbschnitte in einer Anlaufphase bzw. im stabilen Betriebszustand eines automatisch einrückbaren Axiallagersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Widerlager eine ebene, flexible Membran aufweist,
- Figuren 2A und 2B axiale Halbschnitte in einer Anlaufphase bzw. im stabilen Betriebszustand eines automatisch einrückbaren Axiallagersystems nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, bei der ein zusätzliches, festes Widerlager hinter dem automatisch einrückbaren Widerlager vorgesehen ist;
- Figur 3 einen axialen Halbschnitt des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, in welcher ein automatisch einrückbares Axiallager nach einer speziellen Ausführungsform eingebaut ist, wobei der innerhalb der Maschine verfügbare Fluiddruck direkt verwendet wird,
- Figur 4 einen axialen Halbschnitt des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, in welcher ein automatisch einrückbares Axiallager nach einer speziellen Ausführungsform eingebaut ist, wobei der Druck eines Fluids verwendet wird, der aus einer Leitung außerhalb der Maschine verwendet wird,
- Figur 5 einen axialen Schnitt des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, in welcher ein automatisch einrückbares Axiallager nach einer speziellen Ausführungsform eingebaut ist, bei der das Axiallager eine lösbare Membran aufweist, die einen Teil des Gehäuses der Maschine bildet,
- Figur 6 einen axialen Halbschnitt des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, in welcher ein automatisch einrückbares Axiallagersystem gemäß der Erfindung mit einer balgförmigen Membran eingebaut ist,
- Figuren 7 und 8 axiale Halbschnitte des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids nach Ausführungsvarianten, bei denen die balgförmige, flexible Membran eines automatisch einrückbaren Axiallagers gemäß der Erfindung einen Teil des Gehäuses der Maschine bildet,
- Figur 9 einen axialen Halbschnitt im Detail eines automatisch einrückbaren Axiallagersystems, das ein Lager mit zwei Schrägkugellagern aufweist,
- Figur 10 einen axialen Halbschnitt des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, das ein Axiallagersystem nach der Ausführungsform von Figur 9 einbezieht,
- Figur 11 einen axialen Halbschnitt des Endes einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, in welcher ein automatisch einrückbares Axiallager eingebaut ist, durch das die Welle der Maschine hindurchgeht,
- Figuren 12 und 13 im axialen Schnitt einen Teil eines automatisch einrückbaren Axiallagersystems gemäß zwei Ausführungsvarianten, wobei ein zylindrisches Übertragungsorgan für die axiale Kraft verwendet wird, und
- Figur 14 einen axialen Schnitt einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, die mit einem Axiallagersystem gemäß einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik ausgestattet ist.

Ausführliche Beschreibung der speziellen Ausführungsformen

Die Figuren 1A und 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Axiallagersystems 40, das für den Einbau in eine Rotationsmaschine vorgesehen ist, die in Fluidkreisen eingesetzt wird und die entweder angetrieben ist, wie eine Kreiselpumpe, oder antreibt, oder eine Kombination aus beiden ist, wie eine Turbopumpe. In den Figuren 1A und 1B sind symbolisch und teilweise lediglich die rotierende Welle 10, der Rahmen 20 und das Gehäuse 21 dargestellt, um die Hauptelemente der Rotationsmaschine zu zeigen, mit welchen das Axiallagersystem 40 zusammenwirkt, das die von der Welle 10 ausgeübte axiale Kraft während der Anlauf- und Anhaltephasen ausgleicht und sich einzieht, wenn die Drehzahl der Welle 10 und folglich der Druck des Arbeitsfluids die Werte der vollen Drehzahl erreichen.
In den Figuren 1A und 1B weist das axiale Widerlager 40 ein axial verschiebbares Widerlagerteil 5 auf, das mit dem Gehäuse 21 der Maschine durch eine flexible Vorrichtung 7 mit großer Steifigkeit verbunden ist. Ein drehbares Widerlagerteil 6 ist über ein Lager 9 auf dem verschiebbaren Widerlagerteil 5 montiert. Die Widerlagerteile 5 und 6 sind rotationssymetrisch zur Achse der Welle 10.
Ein Organ 8 zur Übertragung der axialen Kraft, das in den Figuren 1A und 1B durch eine Kugel 80 gebildet ist, wird am Ende des vom verschiebbaren Widerlagerteil 5 entfernten drehenden Widerlagerteils 6 angesetzt und wirkt mit dem Ende der rotierenden Welle 10 zusammen, das einen Zapfen 11 aufweist, der zum Beispiel konisch (Fig. 1A, 1B) oder halbkugelförmig (Zapfen 11a in den Figuren 8 und 10) sein kann. Das Organ 8 zur Übertragung der axialen Kraft stellt während der Anlauf- und Anhaltephasen (Fig. 1A) den Kontakt zwischen dem drehenden Teil 6 des Widerlagers 40 und dem rotierenden Wellenzapfen 11 sicher.
Das Lager 9 kann aus einem Kugellager mit Käfig bestehen, das auf dem verschiebbaren Teil 5 und dem drehenden Teil 6 des Axiallagers 40 durch Halteteile 51 bzw. 61 in seine Stellung festgehalten ist. Das Lager 9 stellt gleichzeitig die Verbindung zwischen dem drehenden Teil 6 und den verschiebbaren Teil 5 sowie die Übertragung der von der Welle 10 ausgeübten axialen Kraft sicher.
Die flexible Vorrichtung 7, die aus einer ebenen metallischen Membran 70 mit parallelen Flächen von vorgegebener konstanter Dicke und mit hoher Steifigkeit besteht, ermöglicht dem gesamten, aus den Teilen 5 und 6 und der Kugel 80 bestehenden Widerlager, sich im stabilen Betriebszustand (Fig. 1B) um eine geringe Strecke nach rechts unter der Wirkung eines Drucks A zu verschieben, der auf die vordere innere Seite 73 der Membran 70 ausgeübt wird und im Verhältnis zum Druck B stärker ist, der auf die hintere äußere Seite 74 der Membran 70 ausgeübt wird,
Das Axiallagersystem 40 funktioniert wie folgt:
- Vor Inbetriebnahme des Systems ist der Wellenzapfen 11 der Maschine in Kontakt mit dem Kraftübertragungsorgan 8 (Ruhephase).
Während des ersten Teils der Anlaufphase (Figur 1A) ist die restliche Längskraft so gerichtet, daß sie auf die Kontaktstelle zwischen dem Wellenzapfen 11 und der Kugel 80 drückt und dann durch die Schaffung einer rein statischen Reibung diese Kraft über das drehende Widerlagerteil 6 und das Lager 9 überträgt.
Diese Kraft wird über das Teil 5 und die flexible Vorrichtung 7 au das Gehäuse 21 der Maschine übertragen.
- Da die Steifigkeit der flexiblen Vorrichtung 7 groß ist, erzeugt die vom System auf der Ebene des Kontakts zwischen dem Zapfen 11 und der Kugel 80 erhaltene Kraft eine vernachlässigbare Verschiebung.
Die Innenseite 73 dieser flexiblen Vorrichtung 7 ist einem Druck A des Fluidbetriebskreises ausgesetzt. Dieser Druck überträgt der Einheit eine Kraft, die von diesem Druck abhängt, der meistens unmittelbar mit der Drehzahl zusammenwirkt und die Baugruppe 8, 6, 5 nach rechts verschiebt, wenn der Druck des Fluids einen vorgegebenen Wert (1+E)PL überschreitet, der niedriger als der der Drehzahl entsprechende Druck PR ist, aber geringfügig höher als der Druck PL, für welchen die axiale Kraft aufgehoben wird. Der Kontakt zwischen die Welle 10 und dem Kraftübertragungsorgan 8 ist dann unterbrochen, und die Drehzahl des drehenden Teils 6 wird schnell aufgehoben.
- Die Position der Rotoreinheit 10 ist dann durch das dynamische Ausgleichssystem definiert, was eine leichte Verschiebung der beweglichen Einheit 10 nach links zur Folge hat.
Die richtige Funktionsweise eines solchen Systems ist an die Kenntnis von drei Parametern gekoppelt:
- Prozentsatz des Nenndrucks PR, ab welchem das Ausgleichssystem wirksam wird,
- Werte und Richtung der Kraft im Übergang des Anlaufens,
- Werte der Auslenkungen des dynamischen Ausgleichssystems.
Die Kenntnis dieser drei Parameter ermöglicht die Bemessung:
- des drehenden Widerlagerteils 6,
- der flexiblen Vorrichtung 7, mit welcher das verschiebbare Widerlagerteil 5 verbunden ist, für welches
- die Steifigkeit der Membran 70 und der Wert der notwendigen Verschiebung,
- der Wert des auf die Fläche 73 ausgeübten Drucks A mit Umgebungsdruck auf der Fläche 74 oder gegebenenfalls Gegendruck B festgelegt werden.
Die Figuren 2A und 2B zeigen ein automatisch einrückbares Axiallagersystem 40, das dem der Figuren 1A und 1B ähnlich ist, das aber zudem eine zusätzliche, mit dem Gehäuse 21 fest verbundenen Auflage 22 aufweist.
Die zusätzliche Auflage 22 ist im wesentlichen in einer zur Achse der Maschine senkrechten Ebene auf der bezüglich des Axiallagers 40 zur Welle 10 entgegengesetzten Seite angeordnet. Die zusätzliche Auflage 22 stellt eine bekannte Position der Baugruppe der Elemente 5 bis 9 des Widerlagers 40 während des Betriebs der Einheit bei voller Drehzahl sicher und ermöglicht, eine Membran 70 zu verwenden, die eine geringere Steifigkeit oder einen höheren Druck A aufweist.
Es wird angemerkt, daß das erfindungsgemäße Axiallagersystem nur eine sehr geringe axiale Verschiebung der Welle verursacht. Das Axiallagersystem greift nicht in die Bestimmung der gesamten axialen Spiele der Rotoreinheit ein.
Die Struktur des axialen Widerlagers ist einfach, und bei der Ausführung werden lediglich bekannte Verfahren der feinmechanischen Industrie (Gießen, Maschinenschweißen, spanende Bearbeitung) eingesetzt.
Das Axiallager arbeitet nur während kurzer Zeiten und verursacht nur einen geringen Energieverbrauch, der einen durchaus vernachlässigbaren Einfluß auf die Leistung der Maschine hat.
Der Erhalt des Entfernens des Widerlagers 40 ist leicht auf den gewünschten Druck (1+E) PL einzustellen, indem mit der Dicke der flexiblen Membran 70, mit der dem Steuerfluid ausgesetzten Fläche dieses Elements und gegebenenfalls mit dem Druck A dieses Fluids oder mit dem auf die Außenseite 74 der Membran 70 ausgeübten Gegendruck B gespielt wird.
Die Figur 3 zeigt ein Ende einer Rotationsmaschine mit einer rotierenden Welle 10, die über radiale Lager 30 auf einem Rahmen 20 montiert ist und mit einem Axiallager 40 zusammenarbeitet, wie dem in bezug auf die Figuren 2A und 2B beschriebenen Axiallager.
Ein Anschluß 108 an eine Quelle eines unter Druck stehenden Fluids ist in der zusätzlichen Auflagefläche 22 angeordnet, die am Ende der Maschine das Gehäuse bildet, und steht mit der vom Gehäuse 21, 22 der Maschine und der Außenseite 74 des Membrans 70 gebildeten Kammer 102 in Verbindung. Der Anschluß 108 ermöglicht auf diese Weise das Anlegen eines Gegendrucks B auf die Membran 70 oder einfach eine Verbindung mit der Atmosphäre, wenn der Anschluß 108 weder an eine Quelle eines unter Druck stehenden Fluids angeschlossen noch verschlossen ist.
Die vom Gehäuse 21 und der Innenseite 73 der Membran 70 gebildete Kammer 101 wird durch eine oder mehrere Leitungen 103 oder durch einen Ringraum versorgt, die innerhalb der Maschine ausgehend von dem von der Maschine geförderten Fluids angeordnet sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, einfach zu sein und kein Organ außerhalb der Maschine zu benötigen.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher eine Dichtung 31 zwischen dem in der Nähe des Axiallagers 40 befindlichen Ende der Welle 10 und dem Gehäuse 21 der Maschine angeordnet ist. Eine Einspritzstelle 104 eines Steuerfluids ist mit einem Außenrohr 107 zur Versorgung mit Steuerfluid verbunden und mündet mit einer Leitung 103' in den in der Nähe der flexiblen Membran 70 befindlichen Raum 101 zwischen der Dichtung 31 und der Innenseite der Membran 70. Das Außenrohr 107 ist gegebenenfalls über ein Reduzierventil 106 mit einer Quelle 105 eines Steuerfluids verbunden. Das Steuerfluid kann in diesem Fall aus dem von der Maschine geförderten Fluid bestehen und von einer Stelle zum Abzweigen auf der Maschine selbst stammen oder im Gegenteil aus einem gesonderten Fluid bestehen, das aus einem Regelsystem 109 stammt, das wiederum von einer Außenquelle 112 von Druckfluid versorgt wird. Ein in der Maschine angeordneter Druckgeber 110 steuert über das Regelsystem 109 das Öffnen eines Ventils 111, das dem Steuerfluid erlaubt, seinen Druck an der Einspritzstelle 104 auszuüben.
Die Figuren 1A, 1B, 2A, 2B, 3 und 4 zeigen eine elastische Vorrichtung 7 mit einer flexiblen Membran 70, die unlösbar auf dem Rahmen 20 der Maschine angebracht ist und zum Beispiel mit dem Rahmen 20 verschweißt sein kann.
In Figur 5 ist eine lösbare elastische Vorrichtung 7 dargestellt, die als Gehäuse dient und auf einem Flansch 23 des Rahmens befestigt ist. In Figur 5 weist die elastische Vorrichtung eine flexible Membran 72 auf, die vorteilhafterweise konvex ist, zum Beispiel im wesentlichen halbkugelförmig, und eine Aufnahme bildet, in welcher sich das drehende Teil 6 des Widerlagers 40 befindet. Diese Ausführungsform erlaubt eine leichte Einstellung des Axiallagersystems. Die zwischen dem Rahmen 20 und der Membran 72 angeordnete Kammer 101 kann intern über Durchgänge 103 mit dem von der Rotationsmaschine geförderten Fluid gespeist werden, wie im Falle der Ausführungsform nach der Figur 3; sie könnte jedoch auch mit einem Außenrohr über eine Anschlußstelle verbunden werden, wie im Falle der Figur 4.
Die Figuren 6, 7, 8, 10 und 11 zeigen Ausführungsformen, bei welchen die flexible Vorrichtung 7 nicht eine ebene oder gewölbte Membran, sondern einen Faltenbalg 71 aufweist, dessen Form an die Gestaltung der Maschine angepaßt ist. Die Form und die geometrischen Merkmale der flexiblen Vorrichtung 7 sind im allgemeinen in bezug auf die Drehzahl der Welle 10 und der Druckhöhen des Steuerfluids sowie in bezug auf die Formen und Abmessungen der Rotationsmaschine definiert.
In Figur 6 ist ein Ansatz auf dem Gehäuse 21 dargestellt, der eine zusätzliche Auflagefläche 22 bildet, die den Hub des verschiebbaren Widerlagerteils 5 begrenzt. Das Steuerfluid wird durch einen Eingang 103 in die von der Innenseite des Faltenbalgs 71 und einem Teil des Gehäuses 21 begrenzte Kammer eingeführt.
In den Figuren 7, 8 und 10 bildet der Faltenbalg 71 selbst einen Teil des Gehäuses 21.
Das Lager 9, das die Verbindung zwischen dem drehenden Widerlagerteil 6 und dem verschiebbaren Widerlagerteil 5 sowie die Übertragung der axialen Kraft sicherstellt, kann zum Beispiel aus einem Kugellager, einem Lager mit konischen Walzen, einem Axialkugellager oder einem gesteuerten hydrodynamischen Widerlager bestehen.
Gemäß einer speziellen, in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausführungsform kann das Lager durch eine Baugruppe von zwei Schrägkugellagern 91, 92, die gegeneinander angebracht sind, so daß das axiale Spiel zwischen den Widerlagerteilen 5 und 6 beseitigt ist. Damit ist es möglich, jegliches Risiko eines erneuten Kontakts zwischen dem Wellenzapfen 11a und dem Kraftübertragungsorgan 8 nach deren Trennung (Fig. 10) zu vermeiden und die axialen Toleranzen zu erhöhen.
Das mit dem drehbaren Widerlagerteil 6 fest verbundene Kraftübertragungsorgan 8 kann aus einer eingefaßten Kugel bestehen, wie in den Figuren 1A, 1B, 2A, 2B und 3 bis 10 dargestellt. Dieses Kraftübertragungsorgan 8 kann jedoch andere Formen aufweisen. So ist in Figur 12 ein Kraftübertragungsorgan 8 dargestellt, das aus einem zylindrischen Element 82 besteht, das auf der Achse des drehbaren Widerlagerteil 6 liegt und in dieses eingesteckt ist, wobei das zylindrische Element 82 durch zwei zu seiner Achse senkrechte Ebenen begrenzt ist.
In Figur 13 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das mit dem drehbaren Widerlagerteil 6 fest verbundene Kraftübertragungsorgan 8 ein zylindrisches Element 83 aufweist, das axial in das drehende Widerlagerteil 6 eingesteckt ist und an seinem mit dem Ende der rotierenden Welle 10 in Kontakt kommenden Bereich durch einen einen Wulst 84 bildenden, torischen Abschnitt begrenzt ist.
Bei den Ausführungs formen der Figuren 1A, 1B, 2A, 2B, 3 bis 10 und 12, 13 wird der Fall eines automatisch einrückbaren Axiallagersystems 40 betrachtet, in welchem das Kraftübertragungsorgan 8, ob es eine kugelförmige, eine zylindrische, eine torische oder eine andere Form, zum Beispiel eine konische Form aufweist, immer mit einem zum Beispiel halbkugelförmigen, ebenen oder konischen Zapfen zusammenwirkt, der am Ende der rotierenden Welle 10 gebildet ist.
Die Erfindung findet jedoch auf gleiche Weise im Falle eines Axiallagersystems 40 Anwendung, durch welches die rotierende Welle 10 hindurchgeht, wie in Figur 11 dargestellt.
In diesem Fall weist das fest mit dem drehbaren Widerlagerteil 6 verbundenen Kraftübertragungsorgan einen Kranz 81 auf, der zur rotierenden Welle 10 koaxial ist und der, wenn die Maschine stillsteht, mit einem mit der rotierenden Welle 10 fest verbundenen Ansatz oder Ring 12 in Kontakt kommt. In diesem Fall ist dann eine Membran oder ein zusätzlicher dichtender Faltenbalg 75 zwischen dem Umfang der flexiblen Vorrichtung 7 und dem Gehäuse 21 notwendig. In Figur 11 ist eine flexible Vorrichtung 7 dargestellt, die aus einer ebenen Membran 7 besteht, von der eine Fläche 73 dem Druck eines Steuerfluids ausgesetzt ist, das aus dem von der Maschine geförderten Fluid besteht, und eine Fläche 74 durch die Öffnung 76 mit der Atmosphäre verbunden ist. Der Faltenbalg 75 stellt die Dichtigkeit zwischen dem mit der Seite 74 der Membran 7 verbundenen verschiebbaren Widerlagerteil 5 und dem Gehäuse 21 sicher. Weitere Ausgestaltungen sind selbstverständlich möglich.
Die zuvor beschriebenen automatisch einrückbare Axiallagersysteme sind besonderes geeignet für Rotationsmaschinen in der Raumfahrt. Als Beispiel kann eine Turbopumpe mit einer Drehzahl von 35000 U/min, einer Leistung von 12 MW, einer Masse von 260 kg und einem Wirkungsgrad von 0,76 angegeben werden.
Als Vorteile der erfindungsgemäßen automatisch einrückbare Axiallagersysteme kann man das Ausbleiben von Reibungen bei der elastischen Vorrichtung 7 sowie bei dem Kraftübertragungsorgan 8 und die leichte Einstellung der Steifigkeit der flexiblen Membran bei der Konstruktion erwähnen, deren Dicke und Fläche in sehr breiten Wertbereichen gewählten werden können. Die Beschaffenheit des für die flexible Membran verwendeten Materials erlaubt ebenfalls, die Merkmale des Axiallagers für eine gleiche Turbomaschine an sehr verschiedene axiale Kräfte anzupassen. Die Montage und die Demontage des automatisch einrückbaren Axiallagersystems können sehr leicht erfolgen, da sie nicht in die Kette axialer Maße der Rotationsmaschine eingreifen. Schließlich verringert das Axiallagersystem in keiner Weise den Durchsatz der Maschine.
Es ist zu bemerken, daß die Erfindung bei den Rotationsmaschinen zur Förderung eines Fluids, wie zum Beispiel den Kreiselpumpen, angewendet werden kann, unabhängig vom Typ oder von den besonderen Merkmalen dieser Pumpe.
In allen Fällen ist folgende Ungleichung respektiert:
TM < A1.PM (1)
wobei
TM die maximale axiale Kraft der Pumpe bei der Nenndrehzahl ist.
A1 die Fläche eines Kreises, dessen Durchmesser derjenige der Dichtung des Flügelrads ist,
PM der Förderdruck beim Ausgang der Pumpe, d.h. der maximale Druck ist, der in der Pumpe angetroffen werden kann.
Nach dem der Erfindung eigenen Prinzip muß das Einrücken der Membran erhalten werden, wenn die axiale Kraft TL, die geringfügig kleiner ist als TM, erreicht wird.
Folgende Ungleichungen können angegeben werden:
TL < TM (2)
T < A1.PM (3).
In jedem Fall kann diese Ungleichung erfüllt werden, indem eine elastische Membran gebaut wird, die den gleichen Durchmesser hat wie die Dichtung des Flügelrads, obwohl auch die Wahl anderer Durchmesser möglich sei, und indem auf diese Membran ein Druck PL ausgeübt wird, der gleich oder niedriger ist als PM.
In den verschiedenen Betriebsarten der Pumpen ist es möglich, der Membran eine befriedigende Charakteristika Verformung-Spannung zu verleihen, indem insbesondere eine Auslenkung gewährleistet ist, die etwa zwischen 50 und 500 Mikrometern liegen kann, wenn der Druck PL geringfügig überschritten ist.
Als Beispiele, die für Turbopumpen von Raketenmotoren geeignet sind, und für einen Steuerdruck PL = 50 bar können Membranen ausgewählt werden, die eine Dicke zwischen etwa 1 und 5 mm aufweisen und den folgenden Merkmalen entsprechen: O Membran Gesamtauslenkung Membran Steifigkeit Membran Axiale Kraft PL vom Widerlager wiederaufgenommen Dicke zwischen 1 und 5 mm.
Wie zuvor angegeben kann die erfindungsgemäße elastische Vorrichtung 7 aus einem Faltenbalg mit einer oder mehreren Wellen bestehen.
In diesem Fall kann die Steifigkeit Ca1 pro Welle zwischen einigen hundert und einigen tausend daN pro Millimeter variieren.
Diese Steifigkeit kann, wenn nötig, durch Erhöhung der Anzahl Z von Wellen verringert werden.
Die Steifigkeit der Einheit ist durch das Verhältnis Cal/Z definiert.
Die ebenen Membrane, die eine große Steifigkeit ermöglichen, können vorzugsweise für die Baugruppen mit reduziertem Spiel verwendet werden, während mit den Faltenbalgen, eine nachgiebige elastische Vorrichtung gebildet werden kann.
Es wird zudem bemerkt, daß die Ausgleichsplatte einer Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids im allgemeinen so beschaffen ist, daß sich die Welle während des Anlaufens in Kontakt mit dem Widerlager befindet und daß die axiale Kraft der Welle in eine genau vorgegebene axiale Richtung ausgeübt wird.
Für den Fall, daß während des Ingangsetzens oder der Übergangsphase zum Anhalten die Richtung der von der Welle ausgeübten axialen Kraft variabel ist, ist es möglich, an jedem Ende der Welle ein automatisch einrückbares Axiallagersystem anzuordnen, so daß die axiale Kraft in den beiden möglichen Verschiebungsrichtungen der Welle wieder aufgenommen werden kann.
Es ist anzumerken, daß das Einsetzen von einem oder zwei automatisch einrückbaren Axiallagersystemen in die Bestimmung der konstruktionsbedingten axialen Spiele in einer Rotationsmaschine nicht eingreift, wobei diese Spiele im wesentlichen durch den Hub der Ausgleichsplatte bestimmt sind, die in herkömmlicher Weise ausgeführt ist.
Bei dem Einsetzen von zwei automatisch einrückbaren Axiallagersystemen an den beiden Enden einer einzigen Maschine können beide System vom gleichen Typ sein, zum Beispiel mit einer flexiblen, dem Druck ausgesetzten Membran, wie gemäß der vorliegenden Erfindung. Um jedoch die Einstellungen der beiden Systeme zu vereinfachen, ist es möglich zwei von verschiedenen Parametern gesteuerten automatisch einrückbare Axiallagersysteme einzusetzen. So kann an einem der Enden der Maschine das automatisch einrückbare Axiallagersystem vom Typ mit einer dem Druck ausgesetzten flexiblen Membran, während am anderen Ende der Maschine das automatisch einrückbare Axiallagersystem von einem anderen Typ sein kann.

Claims

1. Rotationsmaschine zur Förderung eines Fluids, mit einer über radiale Lager (30) auf einem Rahmen (20) innerhalb eines Gehäuses (21) montierten rotierenden Welle (10), wobei die Welle eine Axialkraft in einer vorbestimmten Richtung während der Anlauf- bzw. Anhalte-Übergangsphase erfährt und der Fluiddruck PR bei Höchstdrehzahl an einer gegebenen Stelle der Maschine größer ist als ein Druckwert PL, bei welchem die Axialkraft am Ende der Anlauf-Übergangsphase und am Anfang der Anhalte- Übergangsphase aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie zudem ein automatisch einrückbares Axiallagersystem (40) aufweist, das zwischen der rotierenden Welle (10) der Maschine und ihrem Gehäuse (21) montiert ist, wobei das automatisch einrückbare Axiallagersystem (40) ein zur Drehachse der rotierenden Welle (10) rotationssymmetrisches, jedoch drehfestes verschiebbares Widerlagerteil (5) aufweist, weiterhin ein zur Drehachse der rotierenden Welle (10) rotationssymmetrisches und an dem verschiebbaren Widerlagerteil (5) mit Hilfe eines Lagers (9) befestigtes drehbares Widerlagerteil (6), wobei das Lager (9) die axialen Kräfte zum verschiebbaren Widerlagerteil (5) hin übertragen kann, weiterhin eine flexible Vorrichtung (7) von großer Steifigkeit, die das verschiebbare Widerlagerteil (5) mit dem Gehäuse so verbindet, daß eine geringe Verschiebung des verschiebbaren Widerlagerteils (5) entlang der Achse der rotierenden Welle (10) ermöglicht wird, wobei die von dem verschiebbaren Widerlagerteil (5) seitens des Lagers (9) aufgenommenen Axialkräfte zum Gehäuse übertragen werden, weiterhin ein Übertragungsorgan (8) zur Übertragung der Axialkraft der rotierenden Welle (10) zum drehbaren Widerlagerteil (6), wobei das Kraftübertragungsorgan (8) zur Achse der rotierenden Welle (10) rotationssymmetrisch und derart ausgebildet ist, daß es zwischen der rotierenden Welle (10) und dem drehbaren Widerlagerteil (6) anliegt, ohne eine Kraft auf sie auszuüben, wenn die Maschine stillsteht, und daß es das drehbare Widerlagerteil (6) über eine reine Haftreibung antreibt, wenn die Maschine läuft und eine Axialkraft ausübt, und Mittel (101 bis 103) zum Zuführen eines Steuerfluids in Kontakt mit der flexiblen Vorrichtung (7) enthält, so daß der Druck dieses Fluids auf die flexible Vorrichtung (7) eine Kraft ausübt, die das verschiebbare Widerlagerteil (5), das drehbare Widerlagerteil (6) und gegebenenfalls das Kraftübertragungsorgan von der Welle (10) zu entfernen sucht, wenn der Druck des von der Maschine geförderten Fluids an der vorgegebenen Stelle einen Wert (1 + E) PL übersteigt, der etwas über dem Druckwert PL liegt.

2. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (101 bis 103) zum Zuführen eines Steuerfluids Mittel zum Anlegen des Drucks des von der Maschine geförderten Fluids an die flexible Vorrichtung von der Innenseite der Maschine aus enthalten.

3. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (101 bis 103) zum Zuführen eines Steuerfluids ein Rohr (107) außerhalb der Maschine aufweisen, das zwischen einer Stelle zum Abzweigen des Drucks des von der Maschine geförderten Fluids und einer Stelle (104) zum Anlegen des Drucks dieses Steuerfluids angeschlossen ist, die sich in der Nähe der flexibler Vorrichtung (7) befindet, sowie eine Dichtung (31), die zwischen dem Gehäuse (21) und dem Teil der Welle (10) eingefügt ist, der mit dem Axiallagersystem (40) zusammenwirkt.

4. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (101 bis 103) zum Zuführen eines Steuerfluids ein Reduzierventil (106) aufweisen, das zwischen der Quelle (105) des Steuerfluids und der Wand der flexiblen Vorrichtung (7) eingefügt ist.

5. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (101 bis 103) zum Zuführen eines Steuerfluids ein Rohr (107) außerhalb der Maschine, das zwischen einer Abzweigstelle für ein Druckfluid, das von einem Regelsystem (109) stammt und sich von dem von der Maschine geförderten Fluid unterscheidet, und einer Einspritzstelle (104) dieses Steuerfluids angeschlossen ist, die sich in der Nähe der flexibler Vorrichtung (7) befindet, und wobei eine Dichtung (31), die zwischen dem Gehäuse (21) und dem Teil der rotierenden Welle (10) eingefügt ist, der mit dem Axiallagersystem zusammenwirkt, sowie einen Druckgeber (110) aufweisen, der in der Maschine eingesetzt ist, um über das Regelsystem (109) das Öffnen eines Ventils (111) zu steuern, das es dem Steuerfluid erlaubt, seinen Druck an der Einspritzstelle (104) auszuüben.

6. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (101 bis 103) zum Zuführen eines Steuerfluids eine erste Vorrichtung (101) zum Zuführen eines ersten Steuerfluids auf der zum Kraftübertragungsorgan (8) gerichteten Innenseite der flexiblen Vorrichtung (7) und eine zweite Vorrichtung (102, 108) zum Zuführen eines zweiten Steuerfluids auf der zum Gehäuse gerichteten Außenseite der flexiblen Vorrichtung (7) aufweisen.

7. Rotationsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder das zweite Steuerfluid das von der Maschine geförderte Fluid ist.

8. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Vorrichtung (7) eine ebene Metallplatte (70) mit parallelen Flächen aufweist.

9. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Vorrichtung (7) ein am Rahmen (20) der Maschine unlösbar angebrachtes Bauteil aufweist.

10. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Vorrichtung (7) ein am Rahmen (20) der Maschine lösbar angebrachtes Bauteil aufweist.

11. Rotationsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das am Rahmen (20) der Maschine lösbar angebrachte Bauteil (7), zudem die Funktion des am Rahmen angeschraubten oder angeflanschten Gehäuses (72) ausübt.

12. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Vorrichtung (7) einen Faltenbalg (71) aufweist.

13. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem einen Anschlag (22) aufweist, der den Hub des verschiebbaren Widerlagerteils (5) begrenzt, wenn sich dieser von der rotierenden Welle (10) unter der Wirkung des Steuerdrucks entfernt.

14. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (8) mit dem drehbaren Widerlagerteil (6) fest verbunden ist und eine eingefaßte Kugel (80) aufweist, die mit dem Ende (11, 11a) der rotierenden Welle (10) zusammenwirkt.

15. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (8) mit dem drehbaren Widerlagerteil (6) fest verbunden ist und ein zylindrisches Element (82) aufweist, das durch zwei zu seiner Achse senkrechte Ebenen begrenzt und in das drehbare Widerlagerteil (6) eingesteckt ist.

16. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (8) mit dem drehbaren Widerlagerteil (6) fest verbunden ist und ein zylindrisches Element (83) aufweist, das axial in das drehbare Widerlagerteil eingesteckt und in seinem mit dem Ende der rotierenden Welle (10) in Kontakt kommenden Teil durch einen einen Wulst bildenden, torischen Abschnitt begrenzt ist.

17. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Widerlagerteil (6) in bezug auf das verschiebbare Widerlagerteil (5) mit Hilfe von zwei Schrägkugellagern (91, 92) angebracht ist, die gegeneinander angeordnet sind, so daß jegliches axiale Spiel zwischen dem drehbaren Widerlagerteil (6) und dem verschiebbaren Widerlagerteil (5) beseitigt ist.

18. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (8) mit dem drehbaren Widerlagerteil (6) fest verbunden ist und einen Kranz (81) aufweist, der zur rotierenden Welle (10) koaxial ist und der, wenn die Maschine stillsteht, mit einem mit der rotierenden Welle (10) fest verbundenen Ansatz oder Ring (12) in Kontakt kommt, und daß die rotierende Welle (10) durch die Baugruppe des automatisch einrückbaren Axiallagersystem (40) hindurchgeht.

19. Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsorgan (8) mit dem Ende der rotierenden Welle (10) fest verbunden ist und mit dem Ende des drehbaren Widerlagerteils zusammenwirkt.