EP4680868A1 - Quetschöldämpfer - Google Patents

Quetschöldämpfer

Info

Publication number
EP4680868A1
EP4680868A1 EP24714824.0A EP24714824A EP4680868A1 EP 4680868 A1 EP4680868 A1 EP 4680868A1 EP 24714824 A EP24714824 A EP 24714824A EP 4680868 A1 EP4680868 A1 EP 4680868A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oil damper
rods
squeeze oil
outer ring
inner ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24714824.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Weißbacher
Martin WIESCHALLA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gleitlagertechnik Weissbacher GmbH
Innomotics GmbH
Original Assignee
Gleitlagertechnik Weissbacher GmbH
Innomotics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gleitlagertechnik Weissbacher GmbH, Innomotics GmbH filed Critical Gleitlagertechnik Weissbacher GmbH
Publication of EP4680868A1 publication Critical patent/EP4680868A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00—Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/04—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies
    • F16C27/045—Ball or roller bearings, e.g. with resilient rolling bodies with a fluid film, e.g. squeeze film damping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • F16F15/0237—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means involving squeeze-film damping

Definitions

  • the invention relates to a squeeze oil damper and a method for producing or operating a squeeze oil damper, wherein the squeeze oil damper is used in particular in a bearing.
  • Squeeze oil dampers are used, for example, in electrical machines.
  • Electrical machines include motors or generators.
  • the rotordynamic design of a rotating electrical machine can be influenced by a squeeze oil damper, which is used in particular in conjunction with a bearing of the electrical machine.
  • a squeeze oil damper which is used in particular in conjunction with a bearing of the electrical machine.
  • fast-rotating machines i.e. fast-rotating electrical machines such as fast-rotating motors
  • the occurrence of natural frequencies of the rotor-bearing system in the operating range must be expected or taken into account within the framework of the rotordynamic machine design. This can lead to restrictions in the operation of the machines, since operation at or close to natural frequencies potentially causes large vibration amplitudes, which in turn is generally undesirable due to standardization or due to the operational safety aspects that must be guaranteed.
  • the machines can only be used in a restricted operating speed range.
  • the rotordynamic design for example, is carried out specifically for the requirements of the operating speed range from a specific project or application. If this operating speed range is to be adjusted (shifted or extended), the dynamic system consisting of rotor, plain bearing and support must be re-adjusted. This involves a great deal of time and resources, which must be taken into account when submitting a quotation, which significantly increases the time required to process the quotation and is disadvantageous.
  • a rotor-bearing system of an electrical machine with a rotor and a stator cannot be optimized with conventional plain bearings to the extent that a high degree of robustness against changes in the operating speed range can be achieved. The consequence of this can be additional project and/or application-specific design runs.
  • the rotor-bearing system can be improved with a squeeze oil damper.
  • the bearing is, for example, a ball bearing or a plain bearing.
  • a bearing support structure in which the outer bearing ring is located in a support ring which is surrounded by an outer damper ring to form an oil damper space therebetween.
  • At one end of the support ring there is a projecting flange to each of which one end of a ring of rods is attached.
  • This rod ring surrounds the outer damper ring and is attached to the other end of the rods at the remote end of the outer damper ring.
  • the inner end of the damper ring is supported by a mounting flange through a frustoconical member having through holes for the rods.
  • a squeeze film damper which comprises a bearing housing as an inner ring arranged around a radially outer side of a bearing which rotatably supports a rotary shaft. Further, there is an outer ring arranged around a radially outer side of the bearing housing, a squeeze film formed by circulating a viscous material containing fluid through a gap in a radial direction between the bearing housing and the outer ring, and a coupling pin which couples the bearing housing and the outer ring to each other.
  • the coupling pin has a rigidity which is higher in a vertical direction than in a horizontal direction in a cross section perpendicular to an axial direction of the rotary shaft.
  • An object of the invention is to improve a squeeze oil damper.
  • a solution to the problem arises in a squeeze oil damper according to claim 1, or in an electrical machine according to claim 14 or in a method according to claim 15. Further embodiments arise, for example, according to claims 2 to 13, 16 and 17. Features of these embodiments or of further embodiments and examples described below can also be combined with one another.
  • a squeeze oil damper has an inner ring and an outer ring, the inner ring and the outer ring being connected by means of rods, at least one of the rings, in particular the inner ring or the outer ring, having a flange, individual rods being connected in particular to only one flange.
  • the rods are each designed in particular as a spring element, in particular as a rod spring.
  • the rod in particular has a round or oval cross-section.
  • different rods or groups of rods which in particular follow one another in a circumferential direction, are alternately connected to different flanges, in particular on different end faces of the squeeze oil damper or the inner ring or the outer ring, wherein in particular a rod is only connected to one flange at a time.
  • one end of a rod is positioned on one end face on a flange of one of the rings and the other end of the rod is positioned on an opposite end face in a flange gap of the other ring on its end face.
  • the squeeze oil damper In one design of the squeeze oil damper, it is integrated in a bearing.
  • the inner ring and the outer ring outer ring have entirely or predominantly the same axial position.
  • the outer ring has a flange.
  • the flange or flanges are in particular designed to be toothed. Individual rods are only connected to one of the flanges.
  • the squeeze oil damper has axially aligned rods arranged in a circle, with rods positioned at least partially next to one another being connected to different flanges.
  • connection of the rods or the rod particularly affects one of the end regions of the rod.
  • One end region of a rod has, for example, a thread onto which a screw can be screwed.
  • Another end region of a rod has, for example, a head as a stop. Between the end regions of a rod, it has, in particular, no thread, i.e. there is no thread between the end regions.
  • a squeeze oil damper which has an inner ring and an outer ring, has a shape in which the inner ring and the outer ring are positioned axially relative to one another by means of rods. Positioned axially relative to one another by means of rods means, in particular, independent positioning.
  • a rod is, in particular, a component which has a round, square, oval or other cross-section.
  • the one rod or the plurality of rods are designed, in particular, as a rod spring or rod springs.
  • Rod springs are, in particular, components whose elastic properties are used for a spring effect.
  • Axial here means along an axis and/or in the direction of an axis.
  • the axis is, in particular, the axis of a bearing or an axis of rotation.
  • the Rods in particular have a thread.
  • the thread is in particular in an area of the rod or the respective rods which is free from changing mechanical stress during operation, i.e. in particular free from a spring effect.
  • the rods are guided in particular through recesses in the outer ring.
  • the inner ring and the outer ring have end faces.
  • the rods are axially aligned and have end regions.
  • a first end region of a rod is, for example, an end head and a second end region has, for example, a thread, with a screw screwed onto the thread.
  • a rod can, for example, also have a thread with a screw at each end region.
  • a first end region of a rod, of a plurality of rods is connected to the inner ring on one end side, with the second end region of this rod being connected to the outer ring.
  • a rod therefore rests on the inner ring with one end region on one axial end side and on the other axial end side with the other end region on the outer ring. This can be provided for a plurality of rods.
  • individual rods or successive groups of rods are alternately connected to the inner ring or the outer ring on one end face.
  • the inner ring and the outer ring can be clamped to one another, i.e. in particular clamped to one another and/or variably positioned.
  • the variable positionability concerns the positioning of the inner ring and the outer ring to one another. This positioning concerns, for example, an axial positioning and/or a radial positioning.
  • the inner ring and the outer ring can therefore be clamped to one another and/or be variably positioned.
  • the bracing and/or positioning is achieved in particular by an interlacing of elements for bracing and/or positioning.
  • the inner ring or the outer ring can in particular accommodate a bearing, whereby the bearing is in particular a bearing of an electrical machine.
  • the electrical machine is, for example, a fast-rotating electrical machine with a speed of 1000 to 30000 rpm.
  • the possibility of bracing or positioning makes it possible to adapt the operating speed range of a machine (electrical machine). If the operating speed range is to be adapted (shifted or extended), the dynamic system comprising the rotor, plain bearing and support must be readjusted. This can now be done by changing the bracing and/or positioning. If the inner ring and the outer ring are positioned relative to one another, this position can be designed in such a way that the rings are free of tension relative to one another or are bracing relative to one another.
  • rods are provided for connecting the inner ring to the outer ring, wherein the inner ring is, or can be, axially braced and/or positioned, or can be variably positioned, relative to the outer ring by the rods.
  • Different and/or identical rods can, for example, have different and/or identical cross-sections. Cross-sections are, for example, round, square, or oval.
  • the rods can produce a spring effect.
  • a rod is therefore a type of spring element and can therefore also be referred to as a spring rod or a spring element.
  • a rod is also, in particular, an element for achieving bracing or positioning, in particular interlocking bracing or positioning, of the inner ring and outer ring.
  • the rods When the rods are pre-stressed, they are, in particular, subjected to tensile stress or pre-stress. This makes it possible to change the rigidity of the connection between the inner ring and outer ring of the squeeze oil damper.
  • the inner ring and/or the outer ring are an open ring and/or a closed ring, wherein open rings in particular can be joined to form a closed ring.
  • the squeeze oil damper is therefore segmented into two half rings, for example. These segments can be joined to form a closed ring.
  • the segments are, for example, screwed together. The segmentation makes it possible, for example, to integrate a bearing into the squeeze oil damper.
  • the squeeze oil damper for example, completely or partially comprises the bearing, which is, for example, a plain bearing or a rolling bearing.
  • the squeeze oil damper can, for example, be positioned together with the bearing in a bearing housing. In such an embodiment, the squeeze oil damper becomes part of a bearing.
  • the invention therefore relates not only to a squeeze oil damper, but also to a bearing (e.g. a rolling bearing or a plain bearing) with a squeeze oil damper.
  • the inner ring and/or the outer ring is divisible or divided. This can make integration into a bearing and/or connection to a bearing easier in particular.
  • the inner ring or the outer ring can have a lower and an upper pitch circle, with the lower and upper pitch circles joined together to form an overall circle.
  • the lower pitch circle is the part which faces towards a fastening of the bearing or the bearing housing or the electrical machine on a foundation (this is an example of a support or substructure) or the like.
  • the upper pitch circle is accordingly the part facing away from such a fastening.
  • a first number of rods is provided to be able to pull the outer ring in a first axial pulling direction and a second number of rods is provided to be able to pull the outer ring in a second axial pulling direction, wherein rods and/or groups of rods of different potential pulling directions
  • the pulling directions are in particular opposite and additionally axially parallel to a rotation axis of the electrical machine or axially parallel to the rotation axis of the bearing.
  • the rods can form a type of spring cage with their spring effect.
  • the rods can also be positioned in a circle and axially parallel to the bearing axis.
  • the rods have a surface layer, which results from a surface coating and/or from a surface treatment.
  • the surface layer is produced, for example, by nitrocarburizing a base body for the rod made of the material 42CrMo4. This ensures sufficient seizure resistance when rods and rings, i.e. the outer ring or the inner ring, are repeatedly joined.
  • the rods are made of different materials.
  • the rods are made of a material with a higher bending fatigue strength than the material used to form the rings.
  • the inner ring has a U-shaped profile, with the outer ring at least partially protruding into the profile.
  • the outer ring has a U-shaped profile, with the inner ring at least partially protruding into the profile.
  • the profile is created from successive cross sections. A first cross section of a ring, for example, has a first L-shape and a subsequent second cross section of the ring has a mirrored second L-shape.
  • the mirroring therefore creates a U-shape from two L-shapes placed on top of each other.
  • the U-shape of a ring does not necessarily result from a single cross section, but from a juxtaposition of successive cross sections of a ring in a type of shadow. This sequence of different cross sections makes the interlacing possible.
  • the inner ring has axial end faces in particular.
  • the inner ring has a toothed flange on each end face.
  • the toothing is directed radially outwards.
  • the individual teeth are distributed over the circumference of the circular flange.
  • the toothing can result in the L-shaped cross section of a ring.
  • the toothing on one of the end faces is offset in its circular position from the toothing on the other end face.
  • the toothing has holes, with a rod being passed through each hole.
  • the rod is also passed through a hole in the outer ring.
  • the outer ring has a large number of holes for the rods to pass through, with the holes running parallel to the axis.
  • the rods pull or position the inner ring towards the outer ring, or vice versa, in a first axial direction.
  • the toothing on the end faces are offset, in areas of the teeth on the second end face, the rods pull or position the inner ring towards the outer ring, or vice versa, in a second axial direction which is opposite to the first axial direction. This achieves an interlocking, as well as in particular a bracing of the inner ring to the outer ring.
  • individual rods or groups of rods can be inserted alternately from the left or right (i.e. from the other end face) into the inner ring and/or the outer ring.
  • This reciprocity makes it possible to form an interlocking spring cage.
  • the outer ring can therefore be braced or positioned with respect to the inner ring, since the outer ring is alternately pulled or positioned axially parallel in opposite directions over circular sectors (partial circles).
  • the positioning, in particular axial positioning can be variable, since the effective length of the rods can be shortened or lengthened using nuts if the rods are designed as screws.
  • the rod has a spring-effective length, whereby the spring-effective length remains the same regardless of the position-dependent effective length of the rod.
  • the bearing is included in the squeeze oil damper.
  • the bearing which is in particular a plain bearing, can for example be screwed to the inner ring or pressed into it or integrated into it.
  • a bearing is provided in this squeeze oil damper, wherein the bearing is in particular a plain bearing and the bearing in particular supports the rotor of an electrical machine.
  • the squeeze oil damper is integrated or can be integrated into a bearing housing. This enables a compact design to be achieved.
  • the tension and/or positioning of the inner ring and outer ring is adjustable. This can be achieved, for example, by changing the tension on the rods or changing the effective length of the rods. If the rods have a screw connection, for example, the tension on the screw can be changed.
  • different rods can be used to adjust the tension or one or more rods can be replaced (swapped) by one or more other rods which, in particular, have a different material and/or a different shape. For example, a cross-section with a different shape or size can be selected for the rod or rods.
  • At least one rod is exchangeable and/or one rod has at least one different spring effect. This can, for example, have a positive effect on the frequency response of an electrical machine, since the frequency range in which no natural vibrations occur can be increased or adjusted.
  • An electrical machine such as a synchronous machine or an asynchronous machine, has in particular a first bearing and a second bearing.
  • the first bearing is for example on a drive side of the electrical machine, which is in particular a motor or a generator, and the second bearing is for example on an operating side of the electrical machine.
  • At least one of the bearings has a squeeze oil damper or is combined with and/or connected thereto.
  • the squeeze oil damper has one of the embodiments or features of the squeeze oil damper described here. According to a method for producing a squeeze oil damper, elements of the squeeze oil damper are clamped and/or variably positioned, with a first element being an inner ring and a second element being an outer ring. Rods can be used for clamping or positioning.
  • the tensile load on the rods can be changed to change the clamping.
  • rods can be replaced to change the clamping, with the new rods being different from the rods that were replaced.
  • the difference particularly affects the spring properties of the respective rod that was replaced.
  • the effective length of a rod can be changed for positioning.
  • At least one rod in order to change a spring effect and/or a position, at least one rod is replaced and/or a preload is changed in at least one rod and/or an effective length of a rod is changed.
  • the effective length of a rod is determined by the position of a nut. Parts of the rod that extend beyond the nut are not effective.
  • a squeeze oil damper in one of the types described is used.
  • the described squeeze oil damper can be used to maintain or improve a hydrodynamic plain bearing.
  • Such bearings are used, for example, in electrical machines.
  • the hydrodynamic plain bearing is maintained or supplemented as a type of bearing between rotating and stationary components of a system, such as an electrical machine.
  • another bearing is inserted into the stationary components, the squeeze oil damper.
  • the squeeze oil damper can therefore be understood as a bearing for a bearing, namely a rotating bearing, for an electrical machine.
  • the described squeeze oil damper can be used to improve the decoupling of a rotor-bearing system from the support, e.g. the Foundation for installing the electrical machine, and a reduction in the influence of the oil film coefficients can be achieved.
  • Examples of a support, in addition to a foundation are a machine frame, a machine housing, etc.
  • an additional damping component and/or spring component can be introduced through the rods of the squeeze oil damper.
  • the squeeze oil damper can be viewed as a spring-damper system. In addition to decoupling a rotor-sliding bearing system, this also enables the damping of natural frequencies that occur, which can be beneficial to the operating behavior of rotating machines.
  • the squeeze oil damper can be centered. This represents a positioning.
  • the rods rod springs
  • the weight-related deflection of the spring cage can be avoided or compensated, which can then have a positive effect on the linear properties of the squeeze oil damper.
  • the spring elements i.e. the rods
  • the spring elements can be adjusted, whereby the spring elements, i.e. the rod springs, offer increased variability under various aspects (individually or together):
  • the design of the system provides for the bar springs to be removable, particularly due to the front-side mounting, which has the advantage that they can be replaced with other springs if necessary or if the operating conditions of the machine have changed or if an unknown fault in the system that was not previously known can be responded to,
  • the robustness of the rotor dynamic design of the machines can be increased and thus a significantly improved area of application can be achieved with a lower design effort.
  • a space-saving arrangement of the spring cage in a standard bearing insert without additional axial installation space is possible.
  • variable spring stiffness in the spring cage is also possible because the springs can be dismantled and replaced.
  • the rods form a type of spring cage, which has bar springs that are arranged with their axis parallel to the rotating shaft axis.
  • the bar springs can provide radial as well as axial rigidity.
  • the rods are replaceable. They can be replaced with the usual maintenance effort for the bearings, without having to dismantle an entire machine.
  • the squeeze oil damper has at least one of the following functions or features, in particular with regard to the cage also formed by the rods:
  • FIG 1 two diagrams showing frequency response of electrical machines
  • FIG 2 a partial cross-section of a squeeze oil damper in a bearing housing
  • FIG 3 is a perspective view of a squeeze oil damper
  • FIG 4 shows another partial cross-section of a squeeze oil damper
  • FIG 5 is a perspective view of a two-part inner ring.
  • FIG 1 shows a first diagram 1 and a second diagram 2, with both diagrams showing a frequency response over a speed.
  • the speed is plotted on an axis 3 and the frequency on an axis 4.
  • the frequency relates to the system of rotor, bearing and support (substructure).
  • a sensor can be attached to a rotor or a bearing housing, for example.
  • the frequency can also relate to a relative movement between the bearing and the rotor.
  • the speed relates to the revolutions of a rotor of an electrical machine. machine or a bearing of an electrical machine.
  • a hatched area 5 in each of the diagrams shows an area of safe behavior so that natural frequencies are not excited.
  • the left or upper diagram 1 relates to a system which has a plain bearing.
  • the right or lower diagram 2 relates to a system which has a plain bearing with a squeeze oil damper. It is clear that the use of the squeeze oil damper increases the area of safe operation of the system.
  • the system has at least one electrical machine with a bearing-mounted rotor.
  • FIG. 2 shows a partial cross section of a squeeze oil damper 10 in a bearing housing 24.
  • the squeeze oil damper 10 has an inner ring 11 and an outer ring 12.
  • the inner ring 11 of the squeeze oil damper 10 serves as a plain bearing carrier.
  • the plain bearing has a plain bearing segment 27 or a plurality of plain bearing segments.
  • the plain bearing is used to support a rotor 26 or a rotor shaft of an electrical machine, which is not shown in detail.
  • the rotor shaft 26 has an axis 31, with a first axial direction 32 and a second axial direction 33 being shown.
  • the inner ring 11 forms a U-shaped profile 30 through alternating positions of teeth on the different end faces, into which the outer ring 12 projects.
  • the U-shaped profile 30 forms opposing toothed flanges 20 on the end faces 28 and 29 of the inner ring 11, which are offset in their angular position relative to one another with respect to the different end faces.
  • the respective end flange 20 has teeth. Teeth of opposing end flanges are thus offset over an arc of a circle, i.e. alternate opposite one another over a circle.
  • the outer ring 12 can be alternately pulled or variably positioned in a first direction 32 towards the inner ring 11 and by means of a further rod (not shown in Figure 2) in an opposite second direction. 33 can be pulled or positioned variably.
  • FIG 3 shows a perspective view of a squeeze oil damper 10.
  • the squeeze oil damper 10 has a lower pitch circle (part) 22 and an upper pitch circle (part) 23.
  • the lower part 22 is detachably screwed to the upper part 23.
  • a bearing part gap 34 is formed between the parts 11 and 12.
  • the cage formed by the rods is therefore divided into two halves by the bearing part gap 34. This can be used for easy disassembly and/or to introduce an offset and thus a preload.
  • the visible front flange of the inner ring has teeth 20 and 21. Rods 13, 14, 15, 16 are guided through these teeth, such as tooth 20, as a group of teeth, which connect the outer ring 12 to the inner ring 11.
  • FIGS. 2 and 3 shows an example of a plain bearing insert with bearing shells with an integrated squeeze oil damper.
  • the illustration according to Figure 4 shows a further partial cross-section of a squeeze oil damper.
  • the illustration shows axes 51 and 52.
  • An outer ring 12 and an inner ring 11 are also shown. These are connected to one another by means of a rod 13.
  • the inner ring 11 has a flange 68. This results in an L-shaped cross-section for the inner ring.
  • a first end region 43 of the rod 13 with an end head 45 and a head extension 48 and a second end region 44 with a Nut 46 and a washer 47, wherein the nut 46 is screwed onto a thread (not shown) in the end region 44.
  • the inner ring 11 has a fit 70 in a fit region 41 for receiving the rod 13.
  • the outer ring 12 has a fit 71 in a fit region 42 for receiving the rod 13. Between the fit regions there is a spring region 40. In this spring region 40 the rod 13 is received in a recess 50 in the outer ring 12. The spring effect of the rod 13 can develop in this error region 40, wherein a free space 64 is provided for this purpose.
  • the inner ring 11 has an annular channel 69 for supplying oil. Seals 37 and 38 are provided for sealing.
  • the illustration also shows bearing running surfaces 53, 54 and 55, which can be designed in particular when using a plain bearing in conjunction with the squeeze oil damper. End faces are marked by arrows 57 and 58.
  • arrow 57 points to a left-hand end face of the inner ring 11 and arrow 56 points to a right-hand end face of the outer ring 12.
  • the left-hand standing surface of the inner ring 11 is at least partially formed by the flange 68.
  • Figure 4 also shows that the rod 13 connects the inner ring 11 to the outer ring 12 only via one flange. This one flange is the flange 68 of the inner ring 11.
  • the illustration according to Figure 5 shows a perspective example of an inner ring 11, which is designed in two parts.
  • the inner ring 11 has a first part 64 and a second part 65.
  • the parts are screwed together.
  • the parts 64 and 65 are ring segments or ring circles. Both parts 64 and 65 form the inner ring 11, which has a flange on both end faces.
  • the further flange On a second end face, which is marked with the arrow 56, the further flange has a toothing with the teeth 61, 62 and 63.
  • the teeth on one end face are in a circumferential direction.
  • connection of the inner ring to the outer ring is made via a rod in such a way that this rod is only connected to one flange. This also enables, for example, good accessibility of the rods on the end faces. In the area of tooth gaps in the flange of the inner ring, the rod is connected to the outer ring. This is shown, for example, in Figure 3.

Landscapes

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Abstract

Ein Quetschöldämpfer (10), weist einen Innenring (11) und einen Außenring (12) auf, wobei der Innenring (11) und der Außenring (12) zueinander verspannbar sind und/oder variabel positionierbar sind. In einem Verfahren zur Erstellung eines Quetschöldämpfers (10), werden Elemente des Quetschöldämpfers (10) verspannt bzw. positioniert, wobei ein erstes Element ein Innenring (11) ist und ein zweites Element ein Außenring (12) ist.

Description

Beschreibung
Quetschöldämpfer
Die Erfindung betri f ft einen Quetschöldämpfer und ein Verfahren zur Erstellung bzw . zum Betrieb eines Quetschöldämpfers , wobei der Quetschöldämpfer insbesondere bei einem Lager verwendet wird .
Quetschöldämpfer werden beispielsweise bei elektrischen Maschinen eingesetzt . Elektrische Maschinen sind beispielsweise Motoren oder Generatoren . Durch einen Quetschöldämpfer, welcher insbesondere in Zusammenspiel mit einem Lager der elektrischen Maschine zum Einsatz kommt , kann die rotordynamische Auslegung einer rotierenden elektrischen Maschine beeinflusst werden . Insbesondere bei schnelldrehenden Maschinen, also schnelldrehenden elektrischen Maschinen wie schnelldrehenden Motoren, ist im Rahmen der rotordynamischen Maschinenauslegung mit dem Auftreten von Eigenfrequenzen des Rotor-Lager- Systems im Betriebsbereich zu rechnen bzw . sind diese zu berücksichtigen, was zu Einschränkungen im Betrieb der Maschinen führen kann, da der Betrieb in oder nahe bei Eigenfrequenzen potentiell große Schwingungsamplituden hervorruft , was wiederum im Allgemeinen per Normung oder aufgrund der zu gewährleistenden Betriebssicherheitsaspekte unerwünscht ist . Können Schwingungen nicht ausreichend verhindert oder gedämpft werden, sind die Maschinen nur in einem eingeschränkten Betriebsdrehzahlbereich nutzbar . Die rotordynamische Auslegung erfolgt beispielsweise spezi fisch für die Anforderungen an den Betriebsdrehzahlbereich aus einem spezi fischen Proj ekt bzw . Anwendung . Soll dieser Betriebsdrehzahlbereich angepasst (verschoben oder erweitert ) werden, ist eine neuerliche Abstimmung des dynamischen Systems aus Rotor, Gleitlager und Support erforderlich . Damit hängen große Zeit- und Ressourcenaufwände zusammen, die bereits im Angebots fall durchlaufen werden müssen, was die Dauer der Angebotsbearbeitung erheblich verlängert und nachteilig ist . Darüber hinaus ist z . B . ein Rotor-Lager-System einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator nicht in dem Maße mit konventionellen Gleitlagern optimierbar, dass eine große Robustheit gegenüber Veränderungen des Betriebsdrehzahlbereiches erzielt werden kann . Die Folge davon können zusätzliche Proj ekt- und/oder anwendungsspezi fische Auslegungsdurchläufe sein . Mit einem Quetschöldämpfer kann das Rotor-Lager-System verbessert werden . Das Lager ist beispielsweise ein Kugellager oder ein Gleitlager .
Aus der US 4 453 783 A ist eine Lagerstützstruktur bekannt , bei der sich der äußere Lagerring in einem Stützring befindet , der von einem äußeren Dämpferring umgeben ist , um dazwischen einen Öldämpferraum zu bilden . An einem Ende des Stützrings befindet sich ein vorstehender Flansch, an dem j eweils ein Ende eines Rings aus Stangen befestigt ist . Dieser Stangenring umgibt den äußeren Dämpferring und ist am anderen Ende der Stangen am entfernten Ende des äußeren Dämpferrings befestigt . Das innere Ende des Dämpferrings wird von einem Befestigungs flansch durch ein kegelstumpf förmiges Element getragen, das durchgehende Löcher für die Stäbe aufweist .
Aus der US 9 890 810 B2 ist ein Quetschfilmdämpfer bekannt , welcher ein Lagergehäuse als einen inneren Ring umfasst , der um eine radial äußere Seite eines Lagers angeordnet ist , das eine Drehwelle drehbar lagert . Ferner gibt es einen äußeren Ring, der um eine radial äußere Seite des Lagergehäuses angeordnet ist , einen Quetschfilm, der durch Zirkulieren eines viskosen Materials gebildet wird, mit Fluid durch einen Zwischenraum in einer radialen Richtung zwischen dem Lagergehäuse und dem Außenring, und einen Kopplungssti ft , der das Lagergehäuse und den Außenring miteinander koppelt . Der Kopplungssti ft hat eine Stei figkeit , die in einer vertikalen Richtung höher ist als in einer hori zontalen Richtung in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung der Drehwelle .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es einen Quetschöldämpfer zu verbessern . Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich bei einem Quetschöldämpfer nach Anspruch 1 , bzw . bei einer elektrischen Maschine nach Anspruch 14 bzw . bei einem Verfahren nach Anspruch 15 . Weitere Ausgestaltungen ergeben sich beispielsweise gemäß der Ansprüche 2 bis 13 , 16 und 17 . Merkmale dieser Ausgestaltungen bzw . weiterer im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen und Beispiele können auch untereinander kombiniert werden .
Ein Quetschöldämpfer weist einen Innenring und einen Außenring auf , wobei der Innenring und der Außenring mittels Stäben verbunden sind, wobei zumindest einer der Ringe , also insbesondere der Innenring bzw . der Außenring, einen Flansch aufweist , wobei einzelne Stäbe insbesondere nur mit einem Flansch verbunden sind . So ist beispielsweise eine axial kompakte Bauweise möglich . Auch ist es beispielsweise möglich axiale Kräfte zu übertragen . Die Stäbe sind insbesondere j eweils als ein federndes Element ausgeführt , also insbesondere als eine Stabfeder . Der Stab weist insbesondere einen runden oder ovalen Querschnitt auf .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers sind unterschiedliche Stäbe oder Stabgruppen, welche insbesondere aufeinander in einer Umfangsrichtung folgen, wechselseitig mit unterschiedlichen Flanschen insbesondere auf unterschiedlichen Stirnseiten des Quetschöldämpfers bzw . des Innenrings bzw . des Außenrings verbunden, wobei insbesondere die Verbindung eines Stabes j eweils nur mit einem Flansch erfolgt . Dies bedeutet , dass auf einer Seite des Stabes die Verbindung mit einem Flansch erfolgt und auf der anderen Seite des Stabes die Verbindung mit einer flanschfreien Stirnseite erfolgt . Beispielsweise ist eine Endseite eines Stabes auf einer Stirnseite an einem Flansch eines der Ringe positioniert und das andere Ende des Stabes an einer gegenüberliegenden Stirnseite in einer Flanschlücke des weiteren Ringes an dessen Stirnseite positioniert .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist dieser verschränkt in ein Lager integriert . Der Innenring und der Au- ßenring weisen gänzlich oder überwiegend eine gleiche axiale Position auf .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weist :
- der Innenring und der Außenring oder
- nur der Innenring oder
- nur der Außenring einen Flansch auf . Der oder die Flansche sind insbesondere gezahnt ausgeführt . Einzelne Stäbe sind nur mit einem der Flansche verbunden . Insbesondere weist der Quetschöldämpfer kreis förmig angeordnete axial ausgerichtete Stäbe auf , wobei zumindest teilweise nebeneinander positionierte Stäbe mit unterschiedlichen Flanschen verbunden sind .
Die Verbindung der Stäbe bzw . des Stabes betri f ft insbesondere einen der Endbereiche des Stabes . Ein Endbereich eines Stabes weist beispielsweise ein Gewinde auf , auf welches eine Schraube schraubbar ist . Ein weiterer Endbereich eines Stabes weist beispielsweise einen Kopf als einen Anschlag auf . Zwischen den Endbereichen eines Stabes weist dieser insbesondere kein Gewinde auf , ist also zwischen den Endbereichen frei von einem Gewinde .
In einer Ausgestaltung weist ein Quetschöldämpfer , der einen Innenring und einen Außenring aufweist , eine Gestalt auf , bei der der Innenring und der Außenring mittels Stäben zueinander axial positioniert sind . Zueinander axial mit Stäben positioniert bedeutet insbesondere eine eigenständige Positionierung . Ein Stab ist insbesondere ein Bauteil , welches einen runden, eckigen, ovalen, oder anderweitigen Querschnitt aufweist . Der eine Stab bzw . die Viel zahl von Stäben sind insbesondere als Stabfeder bzw . Stabfedern ausgeführt . Stabfedern sind insbesondere Bauteile deren elastische Eigenschaften für eine Federwirkung genutzt werden . Bei einer festen axialen Positionierung von Innenring zu Außenring können so axiale Kräfte übertragen werden . Axial bedeutet dabei längs einer Achse und/oder in Richtung einer Achse . Die Achse ist dabei insbesondere die Achse eines Lagers bzw . eine Drehachse . Die Stäbe weisen insbesondere ein Gewinde auf . Das Gewinde ist insbesondere in einem Bereich des Stabes , bzw . der j eweiligen Stäbe , welcher im Betrieb frei von einer wechselnden mechanischen Beanspruchung ist , also insbesondere frei von einer Federwirkung ist . Die Stäbe sind insbesondere durch Ausnehmungen im Außenring geführt .
Insbesondere weisen der Innenring wie auch der Außenring Stirnseiten auf . Die Stäbe sind axial ausgerichtet und weisen Endbereiche auf . Ein erster Endbereich eines Stabes ist beispielsweise ein Endkopf und ein zweiter Endbereich weist beispielsweise ein Gewinde auf , wobei auf das Gewinde eine Schraube auf geschraubt ist . Ein Stab kann beispielsweise auch an j edem Endbereich ein Gewinde mit einer Schraube aufweisen .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist ein erster Endbereich eines Stabes , einer Viel zahl von Stäben, auf einer Endseite mit dem Innenring verbunden, wobei der zweite Endbereich dieses Stabes mit dem Außenring verbunden ist . Ein Stab liegt demnach an einer axialen Stirnseite mit dem einen Endbereich am Innenring an und an der weiteren axialen Stirnseite mit dem weiteren Endbereich am Außenring an . Dies ist für eine Viel zahl von Stäben vorsehbar .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers sind auf einer Stirnseite abwechselnd einzelne Stäbe oder aufeinander folgende Gruppen von Stäben abwechselnd mit dem Innenring oder dem Außenring verbunden .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers sind der Innenring und der Außenring zueinander verspannbar, also insbesondere zueinander verspannt und/oder variabel positionierbar . Die variable Positionierbarkeit betri f ft die Positionierung von Innenring und Außenring zueinander . Diese Positionierung betri f ft beispielsweise eine axiale Positionierung und/oder eine radiale Positionierung . Bei einem Quetschöldämpfer können folglich Innenring und Außenring zueinander verspannt sein bzw . werden und/oder variabel positioniert sein bzw . werden . Die Verspannung und/oder Positionierung wird insbesondere durch eine Verschränkung von Elementen zur Verspannung und/oder Positionierung erreicht . Der Innenring oder der Außenring können insbesondere ein Lager aufnehmen, wobei das Lager insbesondere ein Lager einer elektrischen Maschine ist . Die elektrische Maschine ist beispielsweise eine schnell drehende elektrische Maschine mit einer Drehzahl von 1000 bis 30000 U/min . Durch die Möglichkeit der Verspannung bzw . Positionierung ist es möglich einen Betriebsdrehzahlbereich einer Maschine ( elektrischen Maschine ) anzupassen . Soll der Betriebsdrehzahlbereich angepasst (verschoben oder erweitert ) werden, ist eine neuerliche Abstimmung des dynamischen Systems aus Rotor, Gleitlager und Support erforderlich . Dies kann nun durch die Veränderung der Verspannung und/oder Positionierung geschehen . Sind der Innenring und der Außenring zueinander positioniert , so kann diese Position derart ausgeführt sein, dass die Ringe zueinander spannungs frei sind oder zueinander verspannt sind .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfer sind Stäbe zur Verbindung des Innenrings mit dem Außenring vorgesehen, wobei der Innenring zum Außenring durch die Stäbe insbesondere axial verspannt ist , bzw . verspannbar ist und/oder positioniert ist , bzw . variabel positionierbar ist . Unterschiedliche und/oder gleiche Stäbe können beispielsweise einen unterschiedlichen und/oder gleichen Querschnitt haben . Querschnitte sind beispielsweise rund, eckig oder oval . Durch die Stäbe kann sich eine Federwirkung ergeben . Ein Stab ist also eine Art Federelement und kann somit auch als ein Federstab bzw . als ein Federelement bezeichnet werden . Ein Stab ist zudem insbesondere ein Element zum Erreichen einer Verspannung bzw . Positionierung, insbesondere einer verschränkten Verspannung bzw . Positionierung, von Innenring und Außenring . Bei einer Vorspannung der Stäbe werden diese insbesondere auf Zug beansprucht bzw . vorgespannt . Damit kann die Stei figkeit der Verbindung zwischen Innenring und Außenring des Quetschöldämpfers verändert werden . In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers sind der Innenring und/oder der Außenring ein of fener Ring und/oder ein geschlossener Ring, wobei insbesondere of fene Ringe zu einem geschlossenen Ring fügbar sind . Der Quetschöldämpfer ist also beispielsweise in zwei Halbringe segmentiert . Diese Segmente können zu einem geschlossenen Ring gefügt werden . Die Segmente sind beispielsweise miteinander verschraubt . Durch die Segmentierung ist es beispielsweise möglich, ein Lager in den Quetschöldämpfer zu integrieren . Der Quetschöldämpfer umfasst beispielsweise ganz oder teilweise das Lager, welches beispielsweise ein Gleitlager oder ein Wäl zlager ist . Der Quetschöldämpfer kann beispielsweise zusammen mit dem Lager in ein Lagergehäuse positioniert sein . In einer derartigen Ausgestaltung wird der Quetschöldämpfer Teil eines Lagers . Allgemein betri f ft die Erfindung damit nicht nur einen Quetschöldämpfer, sondern auch ein Lager ( z . B . ein Wäl zlager oder ein Gleitlager ) mit einem Quetschöldämpfer .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist der Innenring und/oder der Außenring teilbar bzw . geteilt . Damit kann insbesondere eine Integration in ein Lager und oder die Verbindung mit einem Lager konstruktiv erleichtert werden . Der Innenring bzw . der Außenring kann einen unteren und einen oberen Teilkreis aufweisen, wobei der untere und der obere Teilkreis zusammengefügt einen Gesamtkreis ausbilden . Der untere Teilkreis ist der Teil , welcher einer Befestigung des Lagers bzw . des Lagergehäuses bzw . der elektrischen Maschine auf einem Fundament ( dies ist ein Beispiel für einen Support bzw . Unterbau) oder dergleichen zugewandt ist . Der obere Teilkreis ist entsprechend der einer derartigen Befestigung abgewandte Teil .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist eine erste Anzahl von Stäben dafür vorgesehen den Außenring in eine erste axiale Zugrichtung ziehen zu können und eine zweite Anzahl von Stäben dafür vorgesehen den Außenring in eine zweite axiale Zugrichtung ziehen zu können, wobei sich Stäbe und oder Gruppen von Stäben unterschiedlicher potentieller Zugrichtun- gen abwechseln . Durch dieses Abwechseln ergibt sich eine Verschränkung . Die Zugrichtungen sind insbesondere entgegengesetzt und zusätzlich achsparallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine bzw . achsparallel zur Rotationsachse des Lagers . Die Stäbe können mit Ihrer Federwirkung eine Art Federkäfig ausbilden . Die Stäbe können ferner kreis förmig und achsparallel zur Lagerachse positioniert sein . So ist es möglich einen Quetschöldämpfer mit verschränktem Federkäfig mit vorgespannten Federelementen und/oder variabler Stei figkeit zu realisieren, wobei dieser insbesondere mit seiner Bauweise in ein Lagergehäuse integriert ist , bzw . ein Lager, wie ein Gleitlager integriert , also insbesondere ganz oder teilweise umgibt . Durch die Verschränkung der Verbindung zwischen Innenring und Außenring ist es möglich geringe innere Zwangskräfte und damit eine möglichst ideale radiale Führung der Ringe zueinander ohne Verkippung zu realisieren . Unterschiedliche zumindest potentielle Zugrichtungen zwischen Innenring und Außenring, welche durch die Verschränkung erreicht werden, können ein Kippen von Innenring zu Außenring verhindern . Eine Übertragung von Axialkräften ist insbesondere formschlüssig möglich .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weisen die Stäbe eine Oberflächenschicht auf , wobei diese aus einer Oberflächenbeschichtung und/oder aus einer Oberflächenbehandlung resultiert . Die Oberflächenschicht ergibt sich beispielsweise durch eine Nitrocarburierung eines Grundkörpers für den Stab aus dem Material 42CrMo4 . Dies stellt eine hinreichende Freßsicherheit bei einem wiederholten Fügen von Stäben und Ringen, also dem Außenring bzw . dem Innenring sicher .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weisen die Stäbe unterschiedliche Materialien auf .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weisen die Stäbe ein Material mit höherer Biegewechsel festigkeit auf , als das Material , welches zur Ausbildung der Ringe Verwendung findet . In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weist der Innenring ein U- förmiges Profil auf , wobei der Außenring zumindest teilweise in das Profil ragt . In einer weiteren Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weist der Außenring ein U- förmiges Profil auf , wobei der Innenring zumindest teilweise in das Profil ragt . Das Profil ergibt sich dabei aus aufeinander folgenden Querschnitten . Ein erster Querschnitt eines Ringes weist z . B . eine erste L-Form auf und ein nachfolgender zweiter Querschnitt des Ringes weist eine gespiegelte zweite L- Form auf . Durch die Spiegelung ergibt sich also aus praktisch zwei aufeinander gelegten L-Formen eine U-Form . Die U-Form eines Ringes ergibt sich nicht unbedingt durch einen einzelnen Querschnitt , sondern durch eine Aneinanderschau aufeinander folgender Querschnitte eines Ringes in einer Art Schattenwurf . Diese Abfolge der unterschiedlichen Querschnitte macht die Verschränkung möglich .
So kann eine kompakte Bauweise erzielt werden . Ferner ist so eine Verspannung, wie auch eine Positionierung, von Innenring zu Außenring bzw . umgekehrt in einfacher Weise möglich .
Der Innenring weist in einer Aus führungs form insbesondere axiale Stirnseiten auf . Stirnseitig weist der Innenring j eweils einen gezahnten Flansch auf . Die Zahnung ist radial nach außen gerichtet . Die einzelnen Zähne sind über den Umfang des kreis förmigen Flansches verteilt . Durch die Zahnung kann sich der L- förmige Querschnitt eines Ringes ergeben . Die Zahnung auf einer der Stirnseiten ist zur Zahnung auf der anderen Stirnseite in ihrer Kreisposition versetzt . Die Zahnung weist Löcher auf , wobei in ein Loch j eweils ein Stab durchgeführt ist . Der Stab ist ferner durch ein Loch im Außenring geführt . Der Außenring weist eine Viel zahl von Löchern zur Durchführung von Stäben auf , wobei die Löcher achsparallel verlaufen . Dadurch, dass die Zahnungen auf den Stirnseiten versetzt sind, wird in Bereichen der Zahnung auf einer ersten Stirnseite durch die Stäbe der Innenring zum Außenring, bzw . umgekehrt , in einer ersten axialen Richtung gezogen bzw . positioniert . Und ebenso wird dadurch, dass die Zahnungen auf den Stirnseiten versetzt sind, in Bereichen der Zahnungen auf der zweiten Stirnseite durch die Stäbe der Innenring zum Außenring, bzw . umgekehrt , in einer zweiten axialen Richtung gezogen bzw . positioniert , welche der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist . Damit wird eine Verschränkung erreicht , wie auch insbesondere eine Verspannung von Innenring zu Außenring .
In einer Ausgestaltung können einzelne Stäbe oder Gruppen von Stäben wechselseitig von links bzw . rechts ( also j eweils von der anderen Stirnseite ) in den Innenring und/oder den Außenring eingeschoben werden bzw . eingeschoben sein . Durch diese Wechselseitigkeit ist ein verschränkter Federkäfig ausbildbar . Der Außenring kann also bezüglich des Innenrings verspannt bzw . positioniert werden, da der Außenring wechselseitig über Kreissektoren ( Teilkreise ) axial parallel in entgegengesetzte Richtungen gezogen bzw . positioniert wird . Die Positionierung, insbesondere axiale Positionierung, kann variabel erfolgen, da die wirksame Länge der Stäbe durch Muttern verkürzt oder verlängert werden kann, wenn die Stäbe als Schrauben ausgeführt sind . In einer Ausgestaltung von Stäben, welche eine Federwirkung aufweisen, weist der Stab eine federwirksame Länge auf , wobei die federwirksame Länge unabhängig von der positionsabhängigen wirksamen Länge des Stabes gleich bleibt .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist das Lager vom Quetschöldämpfer umfasst . Das Lager, welches insbesondere ein Gleitlager ist , kann beispielsweise mit dem Innenring verschraubt oder in dieses eingepresst sein oder in dieses integriert sein .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist in diesem Quetschöldämpfer also ein Lager vorgesehen, wobei das Lager insbesondere ein Gleitlager ist und das Lager insbesondere den Rotor einer elektrischen Maschine lagert . In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist der Quetschöldämpfer in ein Lagergehäuse integriert bzw . integrierbar . Damit ist eine kompakte Bauweise realisierbar .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist die Verspannung und/oder Positionierung von Innenring und Außenring anpassbar . Dies gelingt beispielsweise , indem der Zug auf die Stäbe verändert wird bzw . die wirksame Länge der Stäbe verändert wird . Weisen die Stäbe beispielsweise eine Schraubverbindung auf , so kann der Zug auf der Schraube verändert werden . In einer weiteren Ausgestaltung können zur Anpassung der Verspannung auch unterschiedliche Stäbe verwendet werden bzw . ein oder mehrere Stäbe durch einen oder andere Stäbe ersetzt werden ( getauscht werden) , welche insbesondere ein anderes Material und/oder eine andere Form aufweisen . So kann beispielsweise ein in der Form oder Größe anderer Querschnitt für den oder die Stäbe gewählt werden .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist zumindest ein Stab austauschbar und/oder ein Stab weist zumindest eine unterschiedliche Federwirkung auf . Dadurch kann beispielsweise das Frequenzverhalten einer elektrischen Maschine positiv beeinflusst werden, da der Frequenzbereich, in welchem keine Eigenschwingungen auftreten, vergrößert bzw . angepasst werden kann .
Eine elektrische Maschine , wie eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine , weist insbesondere ein erstes Lager und ein zweites Lager auf . Das erste Lager ist beispielsweise auf einer Antriebsseite der elektrischen Maschine , welche insbesondere ein Motor oder ein Generator ist , und das zweite Lager ist beispielsweise auf einer Bedienseite der elektrischen Maschine . Zumindest eines der Lager weist einen Quetschöldämpfer auf bzw . ist mit diesem kombiniert und/oder verbunden . Der Quetschöldämpfer weist eine der hier beschriebenen Aus führungs formen bzw . Merkmale des Quetschöldämpfers auf . Nach einem Verfahren zur Erstellung eines Quetschöldämpfers , werden Elemente des Quetschöldämpfers verspannt und/oder variabel positioniert , wobei ein erstes Element ein Innenring ist und ein zweites Element ein Außenring ist . Zur Verspannung bzw . Positionierung können Stäbe verwendet werden . Zur Veränderung der Verspannung können die Stäbe in ihrer Zugbelastung verändert werden . Weiterhin können zur Veränderung der Verspannung Stäbe ausgetauscht werden, wobei sich die neuen Stäbe von den ausgetauschten Stäben unterscheiden . Der Unterschied betri f ft insbesondere die Federeigenschaften des j eweiligen ausgetauschten Stabes . Zur Positionierung kann die wirksame Länge eines Stabes verändert werden .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird also zur Veränderung einer Federwirkung und/oder einer Position zumindest ein Stab ausgetauscht und/oder zumindest bei einem Stab eine Vorspannung verändert und/oder eine wirksame Länge eines Stabes verändert . Die wirksame Länge eines Stabes wird bei einer Aus führung als eine Art Schraube durch die Position einer Mutter bestimmt . Anteile des Stabes welche über die Mutter hinaus stehen sind nicht wirksam .
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Quetschöldämpfer in einer der beschriebenen Arten verwendet .
Durch den beschriebenen Quetschöldämpfer kann beispielsweise eine hydrodynamische Gleitlagerung beibehalten bzw . verbessert werden . Derartige Lagerungen finden beispielsweise bei elektrischen Maschinen Anwendung . Die hydrodynamische Gleitlagerung wird als eine Lagerungsart zwischen rotierenden und stehenden Komponenten eines Systems , wie einer elektrischen Maschine , beibehalten bzw . ergänzt . Zusätzlich wird ein weiteres Lager in die stehenden Komponenten eingefügt , der Quetschöldämpfer . Der Quetschöldämpfer kann also als eine Lagerung eines Lagers , nämlich eines rotierenden Lagers , für eine elektrische Maschine verstanden werden . Mittels des beschriebenen Quetschöldämpfers kann eine verbesserte Entkopplung eines Rotor-Lager-Systems vom Support , also z . B . dem Fundament zur Aufstellung der elektrischen Maschine , und eine Verringerung des Einflusses der Öl filmkoef fi zienten erreicht werden . Beispiele für einen Support ist neben einem Fundament ein Maschinengestell , ein Maschinengehäuse , etc .
Die Eigenfrequenzen des Rotor-Lager-Systems hängen beim Einsatz konventioneller Gleitlager maßgeblich von den drehzahlabhängigen Öl filmkoef fi zienten ab . Beim zusätzlichen Einsatz eines Quetschöldämpfers wird der Rotor-Support erheblich weicher gestaltet , wodurch physikalisch nur noch eine schwache Kopplung zwischen Rotor und Support entsteht . Aufgrund dieser schwachen Kopplung tritt der Einfluss der Öl filmkoef fi zienten darüber hinaus in den Hintergrund . Der Rotor verhält sich zunehmend wie in „frei- frei" -Lagerung . Durch diese Lagerungsart können große Abstände zwischen den Eigenfrequenzen erzielt werden, welche nunmehr auch unabhängig von der Betriebsdrehzahl und den damit verbundenen Öl filmkoef fi zienten sind .
Durch die Stäbe des Quetschöldämpfers kann eine zusätzliche Dämpfungskomponente und/oder Federkomponente eingeführt werden . Der Quetschöldämpfer kann physikalisch gesehen als ein Feder-Dämpfer-System angesehen werden . Dieses ermöglicht neben der Entkopplung eines Rotor-Gleitlager-Systems zusätzlich die Dämpfung auftretender Eigenfrequenzen, was dem Betriebsverhalten rotierender Maschinen zuträglich sein kann .
Der Einsatz eines metallischen Federkäfigs bei Quetschöldämpfern kann eine Vergrößerung des axialen Bauraums notwendig machen . Dies kann beim vorgeschlagenen Quetschöldämpfer durch den erzielbaren geringen axialen Bauraum des Quetschöldämpfers vermieden werden . Beim beschriebenen Quetschöldämpfer werden die Stäbe ( Stabfedern) wechselseitig von links bzw . rechts eingeschoben - es entsteht ein verschränkter Federkäfig . Diese Anordnung dient insbesondere dazu, dass das Lager nicht axial länger gestaltet werden braucht . Eine axial längere Bauform führt im Allgemeinen zu einer Verschlechterung der Rotordynamik und höherem Materialeinsatz . Darüber hinaus kann die verschränkte Anordnung der Stabfedern die vorteil- hafte Eigenschaft mit sich bringen, dass sich eine rein radiale Bewegung ohne eine Verkippung des Lagerträgers einstellt .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers bzw . in einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Quetschöldämpfer zentriert werden . Dies stellt eine Positionierung dar . Durch eine gezielte Vorspannung der Stäbe ( Stabfedern) , die durch einen Of fset von unterem und oberen Teilkreis erzeugt wird, kann die gewichtskraftbedingte Einfederung des Federkäfigs vermieden bzw . kompensiert werden, was sich positiv auf die dann linearen Eigenschaften des Quetschöldämpfers auswirken kann .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers bzw . in einer Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich eine Einsteilbarkeit der Federelemente also der Stäbe , wobei die Federelemente , also die Stabfedern, unter verschiedenen Aspekten ( einzeln oder gemeinsam) eine erhöhte Variabilität bieten :
• durch Anpassung ihrer Anzahl , des Durchmessers und/oder ihrer Kontur sind diese sehr einfach in ihrer Stei figkeit modi fi zierbar und bleiben dabei gut in ihren Eigenschaften prognosti zierbar,
• das Design des Systems sieht insbesondere durch die Stirnseitige Montage eine Dementierbarkeit der Stabfedern vor, wodurch sich der Vorteil ergibt , dass diese gegen andere Federn im Bedarfs fall ausgetauscht werden können bzw . wenn sich die Betriebsbedingungen der Maschine geändert haben oder auf eine unbekannte Störung im System, die vorher nicht bekannt war, reagiert werden kann,
• Durch die Aus führung als separates , demontierbares Bauelement können für die Federn unterschiedliche Materialien ( z . B . Federstahl , 50CrV4 , 51CrV4 , 100Cr6 , 51CrMoV4 , 100CrV4 ) und unterschiedliche Fertigungsmethoden ( z . B . Schlei fen, Härten, Vergüten, Kugelstrahlen) verwendet werden, die sich besonders für den Einsatz bei Federn eignen; Damit lässt sich eine bessere Materialausnutzung und eine geringere Baugröße der Federn realisieren .
Mithil fe des beschriebenen Quetschöldämpfers kann eine Steigerung der Robustheit der rotordynamischen Auslegung der Maschinen und damit ein erheblich verbesserter Einsatzbereich bei gleichzeitig geringerem Auslegungsaufwand erzielt werden . Es ist eine platzsparende Anordnung des Federkäfigs in einem Standard-Lagereinsatz ohne zusätzlichen axialen Bauraum möglich . Insbesondere ist auch eine variable Federstei figkeit im Federkäfig durch eine Demontier- und Austauschbarkeit der Federn möglich .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers ist durch die Stäbe eine Art Federkäfig ausgebildet , welcher Stabfedern aufweist , die mit ihrer Achse parallel um die rotierende Wellenachse angeordnet sind . Die Stabfedern können eine radiale wie auch axiale Stei figkeit ausbilden . Die Stäbe sind austauschbar . Sie können mit einem üblichen Wartungsaufwand für die Lager getauscht werden, ohne dass eine ganze Maschine zerlegt werden muss .
In einer Ausgestaltung des Quetschöldämpfers weist dieser zumindest eine der folgenden Funktionen bzw . Merkmale , insbesondere bezüglich des auch durch die Stäbe ausgebildeten Käfigs , auf :
• eine radiale Verbindung mit einstellbarer Stei figkeit von Außen- und Innenring des Quetschöldämpfers durch Stabfedern, insbesondere für o eine Zentrierung von Außen- und Innenring und/oder eine Einstellung eines möglichst gleichmäßigen Spalts am gesamten Umfang durch gezieltes Vorspannen einzelner Stabfedern, o eine radiale Abstützung zur statischen und dynamischen Kraftleitung und/oder o eine axiale Abstützung und/oder Positionierung der Teile zueinander ; • Stabfedern mit lösbaren Verbindungsmitteln/-methoden in Innen- und Außenring montiert , wobei mittels einer gewählten Materialpaarung ( z . B . 51CrV4 und CI O ) und/oder einer vorgesehenen Oberflächenschicht auf den Federn, die Demontage erleichtert ist und eine zusätzliche Ermüdungs festigkeit der Federn erzielt ist ( z . B . durch eine Oberflächenhärtung und/oder durch ein Kugelstrahlen) .
Die Merkmale der einzelnen beanspruchten bzw . beschriebenen Gegenstände bzw . Verfahren sind ohne Weiteres miteinander kombinierbar . Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Figuren näher dargestellt und erläutert . Die in den Figuren gezeigten Merkmale können zu neuen Aus führungsformen kombiniert werden, ohne die Erfindung zu verlassen . Gleichartige Elemente bekommen das gleiche Bezugs zeichen . Es zeigen :
FIG 1 zwei Diagramme zu Frequenzverhalten elektrischer Maschinen,
FIG 2 einen Teilquerschnitt eines Quetschöldämpfers in einem Lagergehäuse ,
FIG 3 eine perspektivische Darstellung eines Quetschöldämpfers ,
FIG 4 einen weiteren Teilquerschnitt eines Quetschöldämpfers und
FIG 5 eine perspektivische Darstellung eines zweigeteilten Innenrings .
Die Darstellung nach FIG 1 zeigt ein erstes Diagramm 1 und ein zweites Diagramm 2 , wobei beide Diagramme ein Frequenzverhalten über eine Drehzahl darstellen . Die Drehzahl ist auf einer Achse 3 aufgetragen und die Frequenz auf einer Achse 4 . Die Frequenz betri f ft das System von Rotor, Lager und Support (Unterbau) . Zur Messung dieser Frequenz kann ein Sensor beispielsweise auf einem Rotor oder einem Lagergehäuse angebracht werden . Die Frequenz kann aber auch eine Relativbewegung zwischen Lager und Rotor betref fen . Die Drehzahl betri f ft die Umdrehungen eines Rotors einer elektrischen Ma- schine oder eines Lagers einer elektrischen Maschine . Eine schraf fierte Fläche 5 zeigt in den Diagrammen j eweils einen Bereich sicheren Verhaltens , so dass Eigenfrequenzen nicht angeregt werden . Das linke bzw . obere Diagramm 1 betri f ft ein System, welches ein Gleitlager aufweist . Das rechte bzw . untere Diagramm 2 betri f ft ein System, welches ein Gleitlager mit einem Quetschöldämpfer aufweist . Es ist ersichtlich, dass durch den Einsatz des Quetschöldämpfers der Bereich eines sicheren Betriebes des Systems erhöht ist . Das System weist zumindest eine elektrische Maschine mit einem gelagerten Rotor auf .
Die Darstellung nach FIG 2 zeigt einen Teilquerschnitt eines Quetschöldämpfers 10 in einem Lagergehäuse 24 . Der Quetschöldämpfer 10 weist einen Innenring 11 und einen Außenring 12 auf . Der Innenring 11 des Quetschöldämpfers 10 dient als ein Gleitlagerträger . Das Gleitlager weist ein Gleitlagersegment 27 bzw . eine Viel zahl von Gleitlagersegmenten auf . Das Gleitlager dient zur Lagerung eines Rotors 26 bzw . einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine , welche im Detail nicht dargestellt ist . Die Rotorwelle 26 weist eine Achse 31 auf wobei eine erste Achsrichtung 32 und eine zweite Achsrichtung 33 dargestellt sind . Der Innenring 11 bildet durch auf den unterschiedlichen Stirnseiten sich abwechselnden Positionen von Zähnen ein U- förmiges Profil 30 aus , in welches der Außenring 12 ragt . Durch das U- förmige Profil 30 bilden sich auf den Stirnseiten 28 und 29 des Innenrings 11 gegenüberliegende gezahnte Flansche 20 aus , welche bezüglich der unterschiedlichen Stirnseiten zueinander in ihrer Winkelposition versetzt sind . Der j eweilige stirnseitige Flansch 20 weist Zähne auf . Zähne gegenüberliegender stirnseitiger Flansche sind also über einen Kreisbogen versetzt , wechseln sich also gegenseitig gegenüberliegend über einen Kreis ab . So kann durch einen Stab 13 , bzw . durch eine Viel zahl von Stäben, wie diese in Figur 3 dargestellt sind, abwechselnd der Außenring 12 in eine erste Richtung 32 zum Innenring 11 gezogen bzw . variabel positioniert werden und durch einen weiteren Stab ( in FIG 2 nicht dargestellt ) in eine entgegengesetzte zweite Richtung 33 gezogen bzw . variabel positioniert werden . Damit ergibt sich eine Verspannung bzw . Positionierung von Innenring 11 und Außenring 12 . Zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 befindet sich ein Quetschöldämpferspalt 23 . Über Dichtungen 25 ist das Lagergehäuse 24 abgedichtet . Weiterhin sind Verdrehsicherungen 66 und 67 dargestellt .
Die Darstellung nach FIG 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Quetschöldämpfers 10 . Der Quetschöldämpfer 10 weist einen unteren Teilkreis ( Teil ) 22 und einen oberen Teilkreis ( Teil ) 23 auf . Der untere Teil 22 ist mit dem oberen Teil 23 lösbar verschraubt . Zwischen den Teilen 11 und 12 ist eine Lagerteil fuge 34 ausgebildet . Der durch die Stäbe sich ausbildende Käfig ist also durch die Lagerteil fuge 34 in zwei Häl ften geteilt . Dies kann zur einfachen Demontage genutzt und/oder zur Einbringung eines Of fsets und damit einer Vorspannung . Der sichtbare stirnseitige Flansch des Innenrings weist Zähne 20 und 21 auf . Durch diese Zähne , wie Zahn 20 , sind Stäbe 13 , 14 , 15 , 16 als eine Gruppe von Zähnen geführt , welche den Außenring 12 mit dem Innenring 11 verbinden . Neben dem Zahn sind Stäbe 17 , 18 und 19 , welche von der anderen gegenüberliegenden nicht sichtbaren Stirnseite des Innenrings 11 den Innenring 11 mit dem Außenring 12 verbinden . Die Stäbe bilden eine Federwirkung aus und können damit auch als Stabfedern bezeichnet werden . Die Gruppen von Stäben sind verschränkt . Die Darstellung nach FIG 2 und FIG 3 zeigt beispielhaft einen Gleitlagereinsatz mit Lagerschalen mit einem integrierten Quetschöldämpfer .
Die Darstellung nach Figur 4 zeigt einen weiteren Teilquerschnitt eines Quetschöldämpfers . In der Darstellung finden sich zeichnerische Achsen 51 und 52 . Es ist ferner ein Außenring 12 und ein Innenring 11 gezeigt . Diese sind mittels eines Stabes 13 miteinander verbunden . Der Innenring 11 weist einen Flansch 68 auf . Dadurch ergibt sich für den Innenring ein L- förmiger Querschnitt . Gezeigt ist ferner ein erster Endbereich 43 des Stabes 13 mit einem Endkopf 45 und einer Kopfverbreiterung 48 und ein zweiter Endbereich 44 mit einer Mutter 46 und einer Unterlegscheibe 47 , wobei die Mutter 46 auf ein nicht dargestelltes Gewinde im Endbereich 44 aufgeschraubt ist . Der Innenring 11 weist in einem Passungsbereich 41 eine Passung 70 zur Aufnahme des Stabes 13 auf . Der Außenring 12 weist in einem Passungsbereich 42 eine Passung 71 zur Aufnahme des Stabes 13 auf . Zwischen den Passungsbereichen befindet sich ein Federbereich 40 . In diesem Federbereich 40 ist der Stab 13 in einer Ausnehmung 50 im Außenring 12 aufgenommen . In diesem Fehlerbereich 40 kann sich die Federwirkung des Stabes 13 ausbilden, wobei hierfür ein Freiraum 64 vorgesehen ist . Der Innenring 11 weist einen Ringkanal 69 zur Versorgung mit Öl auf . Zur Abdichtung sind Dichtungen 37 und 38 vorgesehen . Die Darstellung zeigt ferner Lagerlauf flächen 53 , 54 und 55 , welche insbesondere bei der Verwendung eines Gleitlagers in Verbindung mit den Quetschöldämpfer ausgebildet sein können . Uber Pfeile 57 und 58 werden Stirnflächen gekennzeichnet . Nach Figur 4 zeigt der Pfeil 57 auf eine linksseitige Stirnfläche des Innenrings 11 und der Pfeil 56 auf eine rechtsseitige Stirnfläche des Außenring 12 . Die gemäß der Figur linksseitige Standfläche des Innenrings 11 wird zumindest teilweise durch den Flansch 68 gebildet . Aus der Figur 4 geht ferner hervor, dass der Stab 13 den Innenring 11 mit dem Außenring 12 nur über einen Flansch verbindet . Dieser eine Flansch ist der Flansch 68 des Innenrings 11 .
Die Darstellung nach Figur 5 zeigt perspektivisch ein Beispiel für einen Innenring 11 , wobei dieser zweiteilig ausgeführt ist . Der Innenring 11 weist einen ersten Teil 64 und einen zweiten Teil 65 auf . Die Teile sind miteinander verschraubt . Die Teile 64 und 65 sind Ringsegmente bzw . Ringkreise . Beide Teile 64 und 65 bilden den Innenring 11 , welcher auf beiden Stirnseiten einen Flansch aufweist . Auf einer ersten Stirnseite , welche mit dem Pfeil 57 gekennzeichnet ist , weist der Flansch eine Zahnung mit den Zähnen 58 , 59 und 60 auf . Auf einer zweiten Stirnseite , welche mit dem Pfeil 56 gekennzeichnet ist , weist der weitere Flansch eine Zahnung mit den Zähnen 61 , 62 und 63 auf . Wie aus der Figur 5 ersichtlich ist , sind die Zähne auf einer Stirnseite in Um- f angsrichtung versetzt zu den Zähnen der weiteren Stirnseite . So ist beispielsweise sicherzustellen, dass die Verbindung des Innenrings mit dem Außenring über einen Stab derart erfolgt , dass dieser Stab nur mit einem Flansch verbunden ist . Dies ermöglicht beispielsweise auch eine gute Zugänglichkeit der Stäbe auf den Stirnseiten . Im Bereich von Zahnlücken im Flansch des Innenrings erfolgt eine Verbindung des Stabes mit dem Außenring . Dies ist beispielsweise in Figur 3 dargestellt .

Claims

Patentansprüche
1. Quetschöldämpfer (10) , welcher einen Innenring (11) und einen Außenring (12) aufweist, wobei der Innenring (11) und der Außenring (12) mittels Stäben (13,14,15,16,17,18,19) verbunden sind, wobei zumindest einer der Ringe (11,12) einen Flansch (68) aufweist, wobei einzelne Stäbe
(13,14,15,16,17,18,19) nur mit einem Flansch (68) verbunden sind .
2. Quetschöldämpfer (10) nach Anspruch 1, wobei der Innenring (11) und der Außenring (12) mittels der Stäbe
(13,14,15,16,17,18,19) zueinander insbesondere axial verspannbar und/oder variabel positionierbar sind und/oder wobei unterschiedliche Stäbe (13,14,15,16,17,18,19) oder Stabgruppen wechselseitig mit unterschiedlichen Flanschen verbunden sind .
3. Quetschöldämpfer (10) , nach Anspruch 1 oder 2, wobei Stäbe
(13,14,15,16,17,18,19) zur Verbindung des Innenrings (11) mit dem Außenring (12) vorgesehen sind, wobei der Innenring (11) zum Außenring (12) durch die Stäbe (13,14,15,16,17,18,19) insbesondere axial verspannt ist.
4. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Innenring (11) und/oder der Außenring (12) ein offener Ring und/oder ein geschlossener Ring sind, wobei insbesondere offene Ringe zu einem geschlossenen Ring fügbar sind.
5. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Innenring (11) und/oder der Außenring (12) teilbar sind .
6. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine erste Anzahl von Stäben (13,14,15,16,17,18,19) den Außenring (12) in eine erste axiale Zugrichtung zieht und eine zweite Anzahl von Stäben (13,14,15,16,17,18,19) den Außenring (12) in eine zweite axiale Zugrichtung zieht, wobei sich Stäbe (13,14,15,16,17,18,19) und oder Gruppen von Stäben (13,14,15,16) (17,18,19) unterschiedlicher Zugrichtungen abwechseln .
7. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Stäbe (13,14,15,16,17,18,19) eine Oberflächenschicht aufweisen .
8. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Stäbe unterschiedliche Materialien aufweisen.
9. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Innenring (11) ein U-förmiges Profil (30) aufweist und wobei der Außenring (12) zumindest teilweise in das Profil (30) ragt, oder wobei der Außenring (11) ein U-förmiges Profil (30) aufweist und wobei der Innenring (12) zumindest teilweise in das Profil (30) ragt.
10. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Quetschöldämpfer für ein Lager (27) vorgesehen ist, wobei das Lager (27) insbesondere ein Gleitlager (27) ist.
11. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Quetschöldämpfer (10) in ein Lagergehäuse (24) integrierbar ist.
12. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Verspannung anpassbar ist.
13. Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei zumindest ein Stab (13,14,15,16,17,18,19) austauschbar ist und/oder wobei zumindest ein Stab (13,14,15,16,17,18,19) eine Federwirkung aufweist.
14. Elektrische Maschine mit einem ersten Lager und einem zweiten Lager, wobei zumindest ein Lager einen Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
15. Verfahren zur Erstellung eines Quetschöldämpfers (10) , wobei Elemente des Quetschöldämpfers (10) verspannt werden und/oder variabel positioniert werden, wobei ein erstes Element ein Innenring (11) ist und ein zweites Element ein Au- ßenring (12) ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei zur Veränderung einer Federwirkung zumindest ein Stab ausgetauscht wird und/oder zumindest bei einem Stab (13,14,15,16,17,18,19) eine Vorspan- nung verändert wird und/oder eine wirksame Länge eines Stabes (13,14,15,16,17,18,19) verändert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei ein Quetschöldämpfer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ver- wendet wird.
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