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Title:
FOIL BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/097298
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a foil bearing (30) for supporting a shaft (36), said bearing comprising a sleeve-type bearing housing (32), at least one elastic corrugated foil (34) arranged on the inner circumference of the bearing housing and a respective top foil (38) covering each corrugated foil and forming a bearing surface, means for securing said foils being provided on the inner face of the bearing housing (32). According to the invention, insertion grooves (40, 42) are formed in the inner face of the bearing housing (32), the insertion grooves extending along surface lines, running obliquely from the inside to the outside and being used to hold at least the two end edges (44, 46) which delimit the top foil (38) of each foil arrangement in the circumferential direction and which run substantially in the circumferential direction. Alternatively, end edges (48, 50) which likewise engage in the insertion grooves (40, 42) can be formed on the corrugated foils.

Inventors:
BRAUN, Wolfgang (Hohe Leiten 3, Garstadt, 97493, DE)
WEHNER, Simon (Görlitzer Straße 7, Herzogenaurach, 91074, DE)
WIRTH, Philipp (Niederwerrner Str. 61, Schweinfurt, 97421, DE)
Application Number:
DE2016/200568
Publication Date:
June 15, 2017
Filing Date:
December 01, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
F16C17/02
Domestic Patent References:
WO2015125825A12015-08-27
Foreign References:
EP2937584A12015-10-28
US20140153850A12014-06-05
US5902049A1999-05-11
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Claims:
Patentansprüche

Folienlager (2, 30, 52) zum Lagern einer Welle (36), umfassend ein hülsenartiges Lagergehäuse (6,18, 32, 66, 68, 74), wenigstens eine am Innenumfang des Lagergehäuses angeordnete elastische Wellfolie (34, 60, 62, 64) und jeweils eine diese Wellfolie überdeckende, eine Lagerfläche bildende Deckfolie (4, 1 6, 38, 54, 56, 58), wobei an der Innenseite des Lagergehäuses (6, 18, 32, 66, 68, 74) Mittel zum Fixieren der genannten Folien vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Lagergehäuses (6, 18, 32, 66, 68, 74) längs der Mantellinien sich erstreckende, schräg von innen nach außen ausgerichtete Stecknuten (8, 10, 17, 19, 40, 42, 70, 76) ausgebildet sind, die zur Aufnahme zumindest der beiden die Deckfolie (4, 1 6, 38, 54, 56, 58) einer jeweiligen Folienanordnung in Um- fangsrichtung begrenzenden und weitgehend in Umfangsrichtung auslaufenden Endkanten (12, 14, 20, 44, 46, 48, 50) dienen.

Folienlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Stecknuten (8, 10, 17, 19, 40, 42, 70, 76) größer ist als die Einstecktiefe der zugeordneten Endkanten (12, 14, 20, 44, 46, 48, 50) bei unbelasteter Deckfolie (4, 1 6, 38, 54, 56, 58), und dass die Stecknuten (8, 10, 17, 19, 40, 42, 70, 76) die Endkanten (12, 14, 20, 44, 46, 48, 50) mit einer Gleitpassung aufnehmen.

Folienlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfolien (34, 60, 62, 64) in Umfangsrichtung durch Endkanten (48, 50) begrenzt sind, die an den Endkanten (44, 46) der zugeordneten Deckfolien (38) weitgehend parallel anliegen, und dass diese Stecknuten (40, 42) so ausgebildet sind, dass sie die parallel aneinander liegenden Endkantenpaare mit Gleitpassung aufnehmen.

Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich jeweils einer Stecknut (76) der beiden einer Folienanordnung zugeordneten Stecknuten eine oder mehrere die Gehäusewand durchsetzende Gewindebohrungen (78, 80) vorgesehen sind, welche die Endkanten in der jeweiligen Stecknut (76) fixierende Klemmschrauben aufnehmen.

Folienlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Endkante (20) einer Deckfolie (1 6) oder einem Endkantenpaar einer Folienanordnung eine Ausnehmung (22) vorgesehen ist, in die ein von außen in die Wand des Lagergehäuses (18) bis in die Ausnehmung (22) ragender Bolzen (24) derart eingreift, dass er diese Endkanten in axialer Richtung (26) fixiert, deren Bewegung in Umfangsrichtung (28) jedoch nicht behindert.

Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Einflächenlager ausgebildet ist.

Folienlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Mehrflächenlager ausgebildet ist.

Description:
Bezeichnung der Erfindung

Folienlager Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Folienlager zum Lagern einer Welle, umfassend ein hülsenartiges Lagergehäuse, wenigstens eine am Innenumfang des Lagergehäuses angeordnete elastische Wellfolie und jeweils eine diese Wellfolie über- deckende, eine Lagerfläche bildende Deckfolie, wobei an der Innenseite des Lagergehäuses Mittel zum Fixieren der genannten Folien vorgesehen sind.

Hintergrund der Erfindung Folienlager sind hydrodynamische oder aerodynamische Lager, bei denen bei unbelastetem Lager eine die Welle beziehungsweise eine den drehend gelagerten Rotor abstützende Lagerfläche von einer dünnen und verschleißfesten Deckfolie gebildet ist, welche ihrerseits von einer zwischen Deckfolie und Lagergehäusewand angeordneten elastischen Wellfolie abgestützt wird. Im Be- trieb bildet sich zwischen der Welle und der Deckfolie ein hydrodynamischer oder aerodynamischer, die Welle oder den Rotor tragender Film. Nur bei Start- und Stoppvorgängen kommt es zu einem direkten Bewegungskontakt zwischen der Welle und der Deckfolie. Folienlager der beschriebenen Art werden bevorzugt für gering belastete, mit hoher Drehzahl laufende Wellen eingesetzt, bei- spielsweise bei Kompressoren, Gasturbinen, Turboladern und dergleichen.

Bei bekannten Folienlagern der beschriebenen Art hat sich die Halterung der Folienanordnung im Lagergehäuse, die einerseits eine Fixierung derselben insbesondere in Drehrichtung gewährleistet, andererseits aber wärmebedingte Ausgleichsbewegungen der Folienanordnung zulassen soll, als konstruktiv und fertigungstechnisch sehr schwierig erwiesen. Aus der US 5,902,049 ist ein als Einflächenlager ausgebildetes Folienlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, bei welchem die aus Außenfolien, Wellfolien und Deckfolien bestehende Folienanordnung sich in Umfangsrichtung einseitig an einem in geeigneter Weise, beispielsweise durch Schweißen an der Innenseite des Lagergehäuses befestigten Riegel abstützt. Dabei ist eine Endkante der radial inneren Deckfolie an dem Riegel mittels Heftoder Punktschweißen befestigt, während sich die zugeordneten Endkanten der anderen Folienlagen lediglich einseitig an dem Riegel abstützten. Die den auf diese Weise fixierten Endkanten der Well- und Deckfolien abgewandten End- kanten laufen frei aus, so dass die Folienanordnung dieses bekannten Lagers im Wesentlichen nur für eine Drehrichtung ausreichend fixiert ist. Die beschriebene Halterung der Folienanordnung im Lagergehäuse ist einerseits konstruktiv und fertigungstechnisch äußert aufwendig. Andererseits ist das Lager wegen der einseitigen Fixierung der Folienanordnung nur beschränkt einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Folienlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei wel- ehern eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache, für beide Drehrichtungen geeignete Fixierung der Folienanordnung verwirklicht ist.

Beschreibung der Erfindung Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruches 1 , während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den abhängigen Ansprüchen entnehmbar sind.

Die Erfindung geht demnach aus von einem Folienlager zum Lagern einer Wel- le, umfassend ein hülsenartiges Lagergehäuse, wenigstens eine am Innenumfang des Lagergehäuses angeordnete elastische Wellfolie und jeweils eine diese Wellfolie überdeckende, eine Lagerfläche bildende Deckfolie, wobei an der Innenseite des Lagergehäuses Mittel zum Fixieren der genannten Folien vorge- sehen sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass an der Innenseite des Lagergehäuses längs der Mantellinien sich erstreckende, schräg von innen nach außen ausgerichtete Stecknuten ausgebildet sind, die zur Aufnahme zumindest der beiden die Deckfolie einer jeweiligen Folienanordnung in Umfangsrichtung begrenzenden und weitgehend in Umfangsrichtung auslaufenden Endkanten dienen.

Zumindest die beiden Endkanten der Deckfolie, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung auslaufen, greifen in an der Innenseite des Lagergehäuses aus- gebildete, entsprechend ausgerichtete Stecknuten ein, welche sich längs der Mantellinien axial von einem Ende des Lagergehäuses zum anderen Ende erstrecken. Die Montage der Folienanordnung erfolgt zum Beispiel in der Weise, dass zunächst die Wellfolie einer jeweiligen Folienanordnung in das Lagergehäuse eingelegt wird, sodann die jeweils zugeordnete Deckfolie axial in die Stecknuten eingefädelt und sodann vollständig eingeschoben wird. Neben der einfachen Montage der Folienanordnung ergibt sich als weiterer Vorteil, dass das Folienlager keine bevorzugte Drehrichtung mehr aufweist, da die Folienanordnungen für beide Drehrichtungen in gleicher Weise angeordnet und fixiert ist. Eine Demontage und erneute Montage ist außerdem jederzeit leicht möglich.

Damit sich die Deckfolie unterschiedlichen mechanischen oder thermischen Belastungen anpassen kann, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Tiefe der Stecknuten größer ist als die Einstecktiefe der zugeordneten Endkanten bei unbelasteter Deckfolie, und dass die Stecknu- ten die Endkanten mit einer Gleitpassung aufnehmen. Die Stecknuten sind so ausgelegt und bemessen, dass die Endkanten bei allen Betriebsbedingungen von der jeweils zugeordneten Stecknut gehalten und geführt werden.

Bei der bisher beschriebenen Anordnung werden die Wellfolien von der jeweils zugeordneten und diese überdeckenden Deckfolie gehalten. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellfolien selbst auch in Umfangsrichtung durch Endkanten begrenzt sind, die an den Endkanten der zugeordneten Deckfolien im Wesentlichen parallel anliegen, und dass die Stecknuten so ausgelegt sind, dass diese die parallel aneinander liegenden Endkantenpaare mit Gleitpassung aufnehmen. Auf diese Weise sind die Wellfolien selbst in der gleichen Weise wie die Deckfolien fixiert, also mit der Möglichkeit, sich einer mechanischen oder thermischen Belastung anzupassen.

Die Möglichkeit einer Anpassung an mechanische oder thermische Belastungen ist auch dann noch gegeben, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung im Bereich jeweils einer der beiden einer jeweiligen Folienanordnung zugeordneten Stecknuten eine oder mehrere die Gehäusewand durchsetzende Gewindebohrungen vorgesehen sind, welche die genannten Endkanten in der jeweiligen Stecknut fixierende Klemmschrauben aufnehmen. Diese Klemmschrauben bieten zugleich eine axiale Fixierung der Folienanordnung.

Eine axiale Fixierung der Folienanordnung kann gemäß einer weiteren Ausge- staltung der Erfindung auch dadurch bewerkstelligt werden, dass in wenigstens einer Endkante einer Deckfolie beziehungsweise einem Endkantenpaar einer jeweiligen Folienanordnung eine Ausnehmung ausgebildet ist, in die ein von außen in die Wand des Lagergehäuses bis in die Ausnehmung ragender Bolzen oder dergleichen derart eingreift, dass er die Endkanten in axialer Richtung zwar fixiert, deren Bewegung in Umfangsrichtung jedoch nicht behindert.

Das Folienlager gemäß der Erfindung kann als Einflächenlager mit einer einzigen, den ganzen Innenumfang des Lagergehäuses überdeckenden Folienanordnung oder auch als Mehrflächenlager mit mehreren jeweils Umfangsabschnit- te des Lagergehäuses überdeckenden Folienanordnungen ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine radiale Teil-Schnittansicht eines Folienlagers im Bereich einer

Deckfolienfixierung in Umfangsrichtung, Figur 2 eine Ansicht ähnlich der in Figur 1 mit einer Anordnung für eine axiale Fixierung der Deckfolie,

Figur 3 eine Ansicht der Anordnung gemäß der Figur 2 in Richtung des

Pfeils III ; Figur 4 einen Querschnitt durch ein Folienlager, bei welchem die Deckfolie und die Wellfolie in Stecknuten gehalten sind,

Figur 5 einen Querschnitt durch ein als Dreiflächenlager ausgebildetes

Folienlager,

Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines Lagergehäuses mit einer An- Ordnung zur axialen Fixierung einer Folienanordnung,

Figur 7 eine Ansicht ähnlich wie die der Figur 6, mit einer Anordnung zur

Fixierung einer Folienanordnung in Umfangsrichtung, und

Figur 8 einen Axialschnitt durch das Lagergehäuse gemäß Figur 7 entlang der Linie Vlll-Vlll.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Figur 1 zeigt demnach eine Teil-Schnittansicht eines Folienlagers 2 im Bereich einer Fixierungsvorrichtung für eine Deckfolie 4 beispielsweise eines Einflächenlagers. An der Innenseite eines hülsenartigen Lagergehäuses 6 sind schräg von innen nach außen ausgerichtete Stecknuten 8, 10 ausgebildet, in welche die Deckfolie 4 in Umfangsrichtung begrenzende und im Wesentlichen in Umfangsrichtung auslaufende Endkanten 12, 14 eingreifen. Die Tiefe der Stecknuten 8, 10 ist jeweils größer als die Einstecktiefe der zugeordneten End- kanten 12, 14 bei unbelasteter Deckfolie wobei die Stecknuten 8, 10 die zugeordneten Endkanten 12, 14 jeweils mit einer Gleitpassung aufnehmen. Bei einer mechanischen oder thermischen Belastung der Deckfolie 4 können sich die Endkanten 12, 14 in den zugeordneten Stecknuten 8, 10 verschieben, so dass sich die Deckfolie 4 an die durch die Belastungen verursachten Formän- derungen der Folienanordnung anpassen können. Die Stecknuten 8, 10; 17, 19 erstrecken sich längs der Mantellinien des Lagergehäuses 6, wie insbesondere anhand der Figur 3 erkennbar ist.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Anordnung zur axialen Fixierung einer Deckfo- lie 16 in einem Lagergehäuse 18. Die beiden Endkanten 20 der Deckfolie 16 sind in zwei Stecknuten 17, 19 aufgenommen. In wenigstens einer Endkante 20 der Deckfolie 1 6 ist eine Ausnehmung 22 ausgebildet, in welche ein von außen in die Wand des Lagergehäuses 18 durch die Stecknut 17 hindurch bis in diese Ausnehmung 22 ragender Bolzen 24 oder Stift derart eingreift, dass er die Deckfolie 1 6 in der durch den Pfeil 26 gekennzeichneten axialen Richtung fixiert, deren Bewegung in der durch den Pfeil 28 gekennzeichneten Umfangs- richtung jedoch nicht behindert.

Es sei hier bemerkt, dass in den Figuren 1 bis 3 eine jeweils zwischen den Deckfolien 4; 1 6 und den zugeordneten Lagergehäusen 6; 18 angeordnete Wellfolie aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist, jedoch in jedem Fall vorgesehen ist.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Folienlager 30 mit einem hülsenarti- gen Lagergehäuse 32, mit einer am Innenumfang des Lagergehäuses 32 angeordneten elastischen Wellfolie 34, und mit einer diese radial innen überdeckende, eine Lagerfläche für eine Welle 36 bildende Deckfolie 38. An der Innenseite des Lagergehäuses 32 sind wie in den vorangehenden Figuren zwei Stecknuten 40, 42 ausgebildet. In diese Stecknuten 40, 42 greifen sowohl die beiden Endkanten 44, 46 der Deckfolie 38 als auch die beiden Endkanten 48, 50 der Wellfolie 34 ein. Dabei liegen die Endkanten 44, 46 der Deckfolie 38 parallel an den Endkanten 48, 50 der Wellfolie 34 an. Die Stecknuten 40, 42 sind ebenfalls derart ausgebildet, dass deren Tiefe größer ist als die Einstecktiefe der zugeordneten Endkanten bei unbelasteter Folienanordnung, wobei die Stecknuten 40, 42 die genannten Endkanten mit einer Gleitpassung aufnehmen. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass die Anordnung zur axialen Fixierung der Folienanordnung gemäß den Figuren 2 und 3 auch bei dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein kann. Das Folienlager 30 gemäß Figur 4 ist als Einflächenlager ausgebildet. Demnach erstreckt sich eine aus der Wellfolie 34 und der Deckfolie 38 gebildete Folienanordnung über den gesamten Innenumfang des Lagergehäuses 32.

Figur 5 zeigt ein als Mehrflächenlager, im vorliegenden Fall als Dreiflächenlager ausgebildetes Folienlager 52, bei welchem drei jeweils aus einer Deckfolie 54, 56, 58 und einer zugeordneten Wellfolie 60, 62, 64 bestehende Folienanordnungen jeweils einen Umfangsabschnitt des Lagergehäuses 66 überdecken. Auch hierbei sind entweder die nicht weiter bezeichneten Endkanten der Deckfolien 54 ,56, 58 oder die jeweiligen zusammengehörenden Endkantenpaare der Deckfolien 54 ,56, 58 und der Wellfolien 60, 62, 64 in zugeordneten Stecknuten aufgenommen, die hinsichtlich ihrer Ausgestaltung und Dimensionierung den weiter vorne beschriebenen Stecknuten entsprechen.

Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lagergehäuses 68, in dessen Gehäusewand im Bereich einer Stecknut 70 eine radiale Bohrung 72 ausgebildet ist, in welche ein dem Bolzen 24 gemäß Figur 2 entsprechender Bolzen zur axialen Fixierung einer Folie beziehungsweise Folienanordnung steckbar ist.

Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lagergehäuses 74, wobei im Bereich einer Stecknut 76 beispielhaft zwei Gewindebohrungen 78, 80 ausgebildet sind, welche die in die Stecknut 76 eingreifenden Endkanten fixierende Klemmschrauben aufnehmen können. Mittels derartiger Klemmschrauben können jeweils eine Endkante beziehungsweise ein Endkantenpaar oder auch beide Endkanten oder Endkantenpaare einer jeweiligen Folienanordnung fixiert werden.

Figur 8 zeigt einen Längsschnitt durch das Lagergehäuse 74 gemäß Figur 7 entlang der Schnittlinie Vlll-Vlll mit den beiden Gewindebohrungen 78, 80 so- wie mit zwei einer weiteren Stecknut zugeordneten beiden Gewindebohrungen 82, 84.

Bezugszeichenliste

Folienlager 42 Stecknut

Deckfolie 44 Endkante

Lagergehäuse 46 Endkante

Stecknut 48 Endkante

Stecknut 50 Endkante

Endkante 52 Folienlager

Endkante 54 Deckfolie

Deckfolie 56 Deckfolie

Stecknut 58 Deckfolie

Lagergehäuse 60 Wellfolie

Stecknut 62 Wellfolie

Endkante 64 Wellfolie

Ausnehmung 66 Lagergehäuse

Bolzen 68 Lagergehäuse

Pfeil 70 Stecknut

Pfeil 72 Bohrung

Folienlager 74 Lagergehäuse

Lagergehäuse 76 Stecknut

Wellfolie 78 Gewindebohrung

Welle 80 Gewindebohrung

Deckfolie 82 Gewindebohrung

Stecknut 84 Gewindebohrung




 
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