DE102020132177A1

DE102020132177A1 - Axial foil gas bearing without spring plate

Info

Publication number: DE102020132177A1
Application number: DE102020132177.5A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schweizer; Marcel Bauer; Pascal ZEISE; Markus Rieken
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2022-06-09

Abstract

Ein axiales, Federblech-freies Foliengaslager (100) umfasst eine Grundplatte (110), eine relativ zu der Grundplatte (110) drehbare Rotorscheibe (120), und multifunktionale Deckfolien (131, 132, 133, 134). Die multifunktionalen Deckfolien (131, 132, 133, 134) sind jeweils mit der Grundplatte (100) verbunden und weisen eine Oberfläche (1301) auf, die ausgebildet ist, um als Gleitlagerfläche für die Rotorscheibe (120) zu dienen. Die multifunktionalen Deckfolien (131, 132, 133, 134) sind zudem jeweils ausgebildet, um bei einer Drehung der Rotorscheibe (120) relativ zu der Grundplatte (110) durch einen Druck eines dazwischen befindlichen Gases (50) deformiert zu werden und so einen mit dem Gas (50) ausgefüllten Lagerspalt (60) zwischen der Rotorplatte (120) und der Grundplatte (110) auszubilden, und um mit der Grundplatte (110) einen Zwischenraum zu begrenzen, wobei der Zwischenraum frei von einem Federblech (120) oder einem Überlappungsabschnitt mit einer jeweils anderen multifunktionalen Deckfolie (131, 132, 133, 134) ist.

An axial foil gas bearing (100) without spring plates comprises a base plate (110), a rotor disk (120) rotatable relative to the base plate (110), and multifunctional cover foils (131, 132, 133, 134). The multifunctional cover foils (131, 132, 133, 134) are each connected to the base plate (100) and have a surface (1301) which is designed to serve as a sliding bearing surface for the rotor disk (120). The multifunctional cover foils (131, 132, 133, 134) are also each designed to be deformed relative to the base plate (110) by a pressure of a gas (50) located between them when the rotor disk (120) rotates and thus have a the bearing gap (60) filled with the gas (50) between the rotor plate (120) and the base plate (110), and in order to delimit an intermediate space with the base plate (110), the intermediate space being free of a spring plate (120) or an overlapping section with a respective different multifunctional cover film (131, 132, 133, 134).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein axiales federblechfreies Foliengaslager, auf einen Vorverdichter mit einem solchen Foliengaslager, auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Foliengaslagers, und insbesondere auf ein axiales Foliengaslager mit multifunktionaler Deckfolie.The present invention relates to an axial foil gas bearing without spring plates, to a precompressor with such a foil gas bearing, to a method for producing such a foil gas bearing, and in particular to an axial foil gas bearing with a multifunctional cover foil.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Foliengaslager werden in leichten, mit hoher Frequenz drehenden Rotorsystemen eingesetzt. Axiale Foliengaslager sind insbesondere ausgebildet zur Aufnahme axialer Kräfte. Sie weisen eine geringe Verlustleistung und einen niedrigen Verschleiß auf. Ihr Einsatz kann auch zur Reduktion der Masse eines Bauteils zweckdienlich sein.Foil gas bearings are used in lightweight, high-frequency rotating rotor systems. Axial foil gas bearings are designed in particular to absorb axial forces. They have low power loss and low wear. Their use can also be useful for reducing the mass of a component.

7a zeigt ein axiales Folienlager 100, das eine Welle 10 zwischen einem Verdichterrad 20 und einem Turbinenrad 30 gegen Verschiebungen in axialer Richtung stabilisiert. In radialer Richtung wird die Welle 10 im vorliegenden Beispiel durch zwei Radiallager 40 fixiert, die beidseits um das axiale Foliengaslager 100 angeordnet sind; in anderen Beispielen kann das Axiallager auch etwa zwischen einem Radiallager und dem Verdichterrad 20 angebracht sein. Eine solche Anordnung findet sich beispielsweise in Turboladern von Fahrzeugen. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld von Luftlagern sind Vorverdichter in Brennstoffzellen (in diesem Fall entfällt das Turbinenrad). Bei diesen Anwendungen können Drehzahlen der Welle 10 bei einigen Tausend, für andere Motorkonstruktionen jedoch auch im Bereich von einigen Hunderttausend Umdrehungen pro Minute liegen. Neben einer hohen Verschleißminderung und Leistungsfähigkeit ist der Einsatz des axialen Foliengaslagers 100 in solchen Bauteilen auch vorteilhaft, um einer hohen Anforderung an Reinheit des Gases zu genügen. 7a shows an axial foil bearing 100, which stabilizes a shaft 10 between a compressor wheel 20 and a turbine wheel 30 against displacements in the axial direction. In the radial direction, the shaft 10 is fixed in the present example by two radial bearings 40 which are arranged on both sides around the axial foil gas bearing 100; in other examples, the axial bearing can also be mounted between a radial bearing and the compressor wheel 20 . Such an arrangement is found, for example, in the turbochargers of vehicles. Another important field of application for air bearings are pre-compressors in fuel cells (in this case the turbine wheel is omitted). In these applications, shaft 10 speeds may be in the thousands, but for other engine designs, they may be in the hundreds of thousands of revolutions per minute. In addition to a high level of wear reduction and high performance, the use of the axial foil gas bearing 100 in such components is also advantageous in order to meet high gas purity requirements.

7b zeigt einen Schnitt eines herkömmlichen axialen Foliengaslagers 100. 7b shows a section of a conventional axial foil gas bearing 100.

Zwischen einer Rotorscheibe 120 und einer Grundplatte 110 strömt ein Gas 50 durch einen Lagerspalt 60. Die Rotorscheibe 120 rotiert relativ zu der Grundplatte 110 mit einer Winkelgeschwindigkeit 11 in einer durch einen Pfeil angegebenen Richtung. Über der Grundplatte 110 ist eine Deckfolie 70 angebracht, die durch ein gewelltes Federblech 80 federnd von der Grundplatte 110 beabstandet ist. Die Rotorscheibe 120 liegt bei ruhendem Lager auf der Deckfolie 70 auf. Dreht sich die Rotorscheibe 120, so bildet sich im Lagerspalt 60 durch die Haftung des Gases 50 an der Rotorscheibe 120 ein Gasfilm zwischen Rotorscheibe 120 und Deckfolie 70 aus. Durch den konvergent zulaufenden Lagerspalt 60 erhöht sich der Druck des Gases 50 im Lagerspalt 60. Der Druck deformiert das Federblech 80 und bildet bzw. vergrößert den Lagerspalt 60, d. h. den Abstand zwischen Rotorscheibe 120 und Deckfolie 70. Das Federblech 80 ist dabei zur Aufnahme und Dämpfung von Lasten ausgebildet. Auf diese Weise wird dem axialen Foliengaslager 100 eine Aufnahme einer axialen Kraft bzw. Belastung ermöglicht. Insbesondere bilden Deckfolie 70 und Federblech 80 zusammen eine elastische Struktur, die den Rotor bzw. das Foliengaslager 100 bei Belastungen, beispielsweise auch bei Stößen, schützt. Insbesondere sorgt die Elastizität der elastischen Struktur auch für einen Ausgleich von etwaigen Schiefstellungen der Rotorscheibe oder von Fertigungsungenauigkeiten. In der vorliegenden Figur sind die Deckfolie 70 und das Federblech 80 für einen unbelasteten Zustand A sowie für einen belasteten Zustand B des Foliengaslagers 100 dargestellt.A gas 50 flows through a bearing gap 60 between a rotor disk 120 and a base plate 110. The rotor disk 120 rotates relative to the base plate 110 at an angular velocity 11 in a direction indicated by an arrow. A cover film 70 is fitted over the base plate 110 and is resiliently spaced from the base plate 110 by a corrugated spring plate 80 . The rotor disk 120 rests on the cover foil 70 when the bearing is stationary. When the rotor disk 120 rotates, a gas film is formed between the rotor disk 120 and the cover foil 70 in the bearing gap 60 due to the adhesion of the gas 50 to the rotor disk 120 . The pressure of the gas 50 in the bearing gap 60 increases due to the converging bearing gap 60. The pressure deforms the spring plate 80 and forms or enlarges the bearing gap 60, i. H. the distance between the rotor disk 120 and the cover foil 70. The spring plate 80 is designed to absorb and dampen loads. In this way, the axial foil gas bearing 100 is able to absorb an axial force or load. In particular, cover foil 70 and spring plate 80 together form an elastic structure that protects the rotor or the foil gas bearing 100 under loads, for example also in the event of impacts. In particular, the elasticity of the elastic structure also compensates for any misalignment of the rotor disk or manufacturing inaccuracies. In the present figure, the cover foil 70 and the spring plate 80 are shown for an unloaded condition A and for a loaded condition B of the foil gas bearing 100 .

Im Stand der Technik findet sich eine Vielzahl von Anpassungen der Deckfolie 70 und des Federblechs 80. Insbesondere ist eine Reihe von passiven Adaptationen der elastischen Struktur bekannt. Diese können etwa durch eine Schiefstellung der Deckfolie 70 vermittels eines geeignet gewellten Federblechs 80 oder auch durch eine Ausbildung zu einer thermischen Verformung der Deckfolie 70 oder des Federblechs 80 erzielt werden. Durch Wahl einer Geometrie der elastischen Struktur und auch einer Anzahl und Anordnung von elastischen Strukturen, insbesondere des Federblechs 80, kann die Form des Lagerspalts 60 eingestellt werden. So sind insbesondere keilförmige Abschnitte des Lagerspalts 60 realisierbar, durch die lokal variable Druckverhältnisse bzw. eine Keilwirkung erreicht werden.A large number of adaptations of the cover film 70 and the spring plate 80 can be found in the prior art. In particular, a number of passive adaptations of the elastic structure are known. This can be achieved, for example, by tilting the cover film 70 by means of a suitably corrugated spring plate 80 or by designing the cover film 70 or the spring plate 80 for thermal deformation. By choosing a geometry of the elastic structure and also a number and arrangement of elastic structures, in particular the spring plate 80, the shape of the bearing gap 60 can be adjusted. In particular, wedge-shaped sections of the bearing gap 60 can be realized, through which locally variable pressure conditions or a wedge effect can be achieved.

Aufgrund der hohen Anforderungen an Belastbarkeit und Präzision ist eine Herstellung eines axialen Foliengaslagers, etwa in Situationen, in denen Vergleiche mit öl- oder fettgeschmierten Lagern möglich sind, aufwendig und teuer. Es besteht daher ein stetiger Bedarf nach kostengünstigeren, aber auch nach präziser ausgeführten axialen Foliengaslagern, zum Einsatz in Systemen mit sehr hohen Reinheitsansprüchen und insbesondere in Vorverdichtern für Brennstoffzellen für Fahr- oder Flugzeuge.Due to the high demands on resilience and precision, manufacturing an axial foil gas bearing, for example in situations in which comparisons with oil-lubricated or grease-lubricated bearings are possible, is complex and expensive. There is therefore a constant need for more cost-effective but also more precisely designed axial foil gas bearings for use in systems with very high cleanliness requirements and in particular in pre-compressors for fuel cells for vehicles or aircraft.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Zu einer Deckung dieses Bedarfs leistet das axiale Foliengaslager nach Anspruch 1, der Vorverdichter für Brennstoffzellen nach Anspruch 6 und das Verfahren zur Herstellung des axialen Foliengaslagers nach Anspruch 7 einen Beitrag. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen der unabhängigen Ansprüche.The axial foil gas bearing according to claim 1, the supercharger for fuel cells according to claim 6 and the method for producing the axial foil gas bearing according to claim 7 contribute to covering this need. The dependent claims define further advantageous embodiments of the independent claims.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein axiales, federblechfreies Foliengaslager mit einer Grundplatte, einer relativ zu der Grundplatte drehbaren Rotorscheibe, sowie mit mehr als einer multifunktionalen Deckfolie. Jede multifunktionale Deckfolie ist mit der Grundplatte verbunden und weist eine Oberfläche auf, die ausgebildet ist, um als Gleitlagerfläche für die Rotorscheibe zu dienen. Jede Deckfolie ist zudem ausgebildet, um bei einer Drehung der Rotorscheibe relativ zu der Grundplatte durch einen Druck eines dazwischen befindlichen Gases deformiert zu werden und so einen mit dem Gas ausgefüllten Lagerspalt zwischen der Rotorplatte und der Grundplatte auszubilden. Unter diesem Ausbilden des Lagerspalts soll dabei insbesondere verstanden werden, dass durch Deformationen der multifunktionalen Deckfolie Stöße und kurzzeitige Belastungen des Lagers aufgefangen sowie Schiefstellungen des Rotors und Fertigungsungenauigkeiten ausgeglichen werden. Weiter ist jede multifunktionale Deckfolie ausgebildet, um mit der Grundplatte einen Zwischenraum zu begrenzen. Dabei befindet sich in dem Zwischenraum insbesondere kein Federblech, also keine weitere Struktur, welche die multifunktionale Deckfolie stützt und durch den Druck des Gases deformiert wird. Das Adjektiv „multifunktional“ soll vielmehr auch auf die Ausbildung der Deckfolie, neben den Aufgaben einer Deckfolie in einem herkömmlichen Foliengaslager auch Aufgaben des Federblechs zu übernehmen, hinweisen. Weiter weist jede multifunktionale Deckfolie keinen Überlappungsabschnitt mit einer anderen multifunktionalen Deckfolie auf. Ein Material der multifunktionalen Deckfolien kann beispielsweise eine Nickel-Chrom-Legierung umfassen.The present invention relates to an axial foil gas bearing with no spring plate a base plate, a rotor disk which can be rotated relative to the base plate, and with more than one multifunctional cover film. Each multifunctional cover sheet is bonded to the base plate and has a surface configured to serve as a plain bearing surface for the rotor disk. Each cover foil is also designed to be deformed when the rotor disk rotates relative to the base plate by a pressure of a gas located between them and thus to form a bearing gap filled with the gas between the rotor plate and the base plate. This formation of the bearing gap should in particular be understood to mean that shocks and short-term loads on the bearing are absorbed by deformations of the multifunctional cover film and misalignments of the rotor and manufacturing inaccuracies are compensated for. Furthermore, each multifunctional cover sheet is designed to delimit a gap with the base plate. In this case, there is in particular no spring sheet metal in the intermediate space, ie no further structure which supports the multifunctional cover film and is deformed by the pressure of the gas. Rather, the adjective “multifunctional” is also intended to refer to the design of the cover foil, which, in addition to the tasks of a cover foil in a conventional foil gas bearing, also assumes the tasks of the spring plate. Further, each multifunctional cover sheet does not have an overlapping portion with another multifunctional cover sheet. A material of the multifunctional cover foils can include a nickel-chromium alloy, for example.

Optional kann dies erreicht werden, indem die multifunktionalen Deckfolien jeweils geprägte Abstandshalter aufweisen, die einen Abstand zwischen der jeweiligen multifunktionalen Deckfolie zu der Grundplatte einstellen und ausgebildet sind, um bei der Drehung der Rotorscheibe relativ zu der Grundplatte durch den Druck des Gases deformiert zu werden. Solche Abstandshalter können insbesondere als ein oder mehrere Stützfüße in einem Randbereich der jeweiligen multifunktionalen Deckfolie ausgebildet sein. Aufgrund der geprägten Abstandshalter, sowie durch deren Form und Position, lässt sich eine hohe Elastizität der multifunktionalen Deckfolien erreichen, um Schiefstellungen der Rotorscheibe, Fertigungsungenauigkeiten und/oder Stöße auf das Lager auszugleichen.Optionally, this can be achieved by the multifunctional cover foils each having embossed spacers which set a distance between the respective multifunctional cover foil and the base plate and are designed to be deformed by the pressure of the gas when the rotor disk rotates relative to the base plate. Such spacers can be designed in particular as one or more support feet in an edge area of the respective multifunctional cover film. Due to the embossed spacers, as well as their shape and position, a high elasticity of the multifunctional cover foils can be achieved in order to compensate for misalignments of the rotor disk, manufacturing inaccuracies and/or impacts on the bearing.

Optional wird zumindest ein Teil der multifunktionellen Deckfolien jeweils ganz oder teilweise in einer Distanz über der Grundplatte durch eines oder mehrere der folgenden Elemente gehalten:

Durch eine Erhebung bzw. abstützende Struktur in der Grundplatte, die eine multifunktionale Deckfolie lokal abstützt. Die Erhebung kann insbesondere im Wesentlichen die Form eines Balkens, einer Säule oder eines Kegels oder Kegelsegments aufweisen und geeignet abgerundet sein.
Durch eine Sicke in der multifunktionalen Deckfolie; dabei soll die Sicke in Richtung auf die Grundplatte weisen. Die Sicke kann beispielsweise eine Halbrund-, Kasten-, Trapez- oder Dreieckssicke sein. Die Sicke kann lateral (bezüglich der multifunktionale Deckfolie) offen oder geschlossen sein.
Durch ein unter dem Druck des Gases nicht deformierbares sogenanntes Distanzblech, das zwischen der Grundplatte und der multifunktionalen Deckfolie ausgebildet ist, und auf dem die multifunktionale Deckfolie aufliegt.
Durch mindestens eine Drehfeder, die zwischen der Grundplatte und der multifunktionalen Deckfolie ausgebildet ist.
Durch eine Tasche bzw. durch eine lateral geschlossene Sicke in der multifunktionalen Deckfolie, deren Öffnung durch die Grundplatte geschlossen wird; die Tasche schließt somit den Zwischenraum zwischen der multifunktionalen Deckfolie und der Grundplatte ab.

Optionally, at least some of the multifunctional cover films are held in whole or in part at a distance above the base plate by one or more of the following elements:

Through an elevation or supporting structure in the base plate, which locally supports a multifunctional cover film. In particular, the elevation can essentially have the shape of a bar, a column or a cone or cone segment and can be suitably rounded.
Through a bead in the multifunctional cover foil; the bead should point in the direction of the base plate. The bead can be, for example, a semicircular, box, trapezoidal or triangular bead. The bead can be open or closed laterally (relative to the multifunctional cover film).
By means of a so-called spacer plate which cannot be deformed under the pressure of the gas and which is formed between the base plate and the multifunctional cover film and on which the multifunctional cover film rests.
By at least one torsion spring that is formed between the base plate and the multifunctional cover film.
Through a pocket or through a laterally closed bead in the multifunctional cover film, the opening of which is closed by the base plate; the pocket thus closes the space between the multifunctional cover film and the base plate.

Optional ist mindestens eine multifunktionale Deckfolie ausgebildet, um bei der Drehung der Rotorscheibe relativ zur Grundplatte einen konvergenten Abschnitt im Lagerspalt zu erzeugen. Der konvergente Abschnitt im Lagerspalt ist ausgebildet, um im Betrieb des Lagers lokal einen Druckanstieg des Gases zu bewirken. Insbesondere kann die multifunktionale Deckfolie dabei als Kippsegment ausgebildet sein, das heißt, die multifunktionale Deckfolie kann kippbar um einen Auflagepunkt oder auf einer Auflagelinie bzw. einen Auflagebalken gestützt sein, so dass durch den Druck des Gases ein optimales Lagerspaltprofil, insbesondere ein Keilspaltprofil, hervorgerufen wird.Optionally, at least one multifunctional cover foil is formed in order to produce a convergent section in the bearing gap when the rotor disk rotates relative to the base plate. The convergent section in the bearing gap is designed to cause a local increase in the pressure of the gas during operation of the bearing. In particular, the multifunctional cover foil can be designed as a tilting segment, i.e. the multifunctional cover foil can be supported so that it can be tilted about a support point or on a support line or a support beam, so that the pressure of the gas causes an optimal bearing gap profile, in particular a wedge gap profile .

Weiter kann mindestens eine multifunktionale Deckfolie ausgebildet sein, um bei Betrieb des Foliengaslagers in dem Zwischenraum zu der Grundplatte einen Kanal auszubilden, durch den das Gas teilweise aus dem Foliengaslager entweicht und dadurch das Foliengaslager kühlt. Dies kann etwa durch eine Sicke in der multifunktionalen Deckfolie erreicht werden. Die Sicke ist dabei vorteilhafterweise in einem Winkel zwischen 0° und 90° zum Rand der Grundplatte ausgebildet und kann insbesondere gekrümmt verlaufen.Furthermore, at least one multifunctional cover foil can be designed to form a channel during operation of the foil gas bearing in the gap to the base plate, through which the gas partially escapes from the foil gas bearing and thereby cools the foil gas bearing. This can be achieved, for example, with a bead in the multifunctional cover film. The bead is advantageously formed at an angle of between 0° and 90° to the edge of the base plate and can, in particular, be curved.

Weiter kann mindestens eine multifunktionale Deckfolie ausgebildet sein, um in beide Drehrichtungen durch den Druck des Gases deformiert zu werden und jeweils den mit dem Gas ausgefüllten Lagerspalt zwischen der Rotorplatte und der Grundplatte auszubilden.Furthermore, at least one multifunctional cover film can be designed to be deformed in both directions of rotation by the pressure of the gas and to form the bearing gap filled with the gas between the rotor plate and the base plate.

Optional weist die Grundplatte eine Struktur auf, durch die das Gas bei der Drehung der Rotorscheibe relativ zur Grundplatte teilweise aus dem Foliengaslager entweicht und dadurch das Foliengaslager kühlt. Die Kühlung kann dabei insbesondere auch durch ein von extern zugeführtes Medium möglich sein; etwa durch einen abgezweigten Luftstrom eines durch ein Verdichterrad komprimierten Gases. Die Struktur kann insbesondere ein Kanal oder eine Nut in der Grundplatte sein.Optionally, the base plate has a structure through which the gas partially escapes from the foil gas bearing during the rotation of the rotor disk relative to the base plate and thereby cools the foil gas bearing. The cooling can in particular also be possible by means of a medium supplied from the outside; for example through a branched air flow of a gas compressed by a compressor wheel. In particular, the structure can be a channel or a groove in the base plate.

Ausführungsformen beziehen sich auch auf einen Vorverdichter für eine Brennstoffzelle, die ein axiales Folienlager wie vorangehend beschrieben aufweist.Embodiments also relate to a supercharger for a fuel cell that has an axial foil bearing as described above.

Weiter beziehen sich Ausführungsformen auf ein Verfahren zur Herstellung eines federblechfreien axialen Foliengaslagers wie vorangehend beschrieben.Furthermore, embodiments relate to a method for producing an axial foil gas bearing without a spring plate, as described above.

Das Verfahren umfasst die Schritte

Bereitstellen einer Metallfolie;
Prägen der Metallfolie, um so eine multifunktionale Deckfolie zu bilden;
Verbinden der multifunktionalen Deckfolie mit der Grundplatte, um so das axiale Foliengaslager herzustellen.

The procedure includes the steps

providing a metal foil;
embossing the metal foil so as to form a multifunctional cover foil;
Bonding the multifunctional cover foil to the base plate to make the axial foil gas bearing.

Dieses Verfahren oder zumindest Teile davon kann bzw. können auch in Form von Anweisungen in Software oder auf einem Computerprogrammprodukt implementiert oder gespeichert sein, wobei gespeicherte Anweisungen in der Lage sind, die Schritte nach dem Verfahren auszuführen, wenn das Verfahren auf einem Prozessor läuft. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Software-Code (Softwareanweisungen), der ausgebildet ist, um eines der zuvor beschriebenen Verfahren auszuführen, wenn der Software-Code durch eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann jede Form von Computer oder Steuereinheit sein, die einen entsprechenden Mikroprozessor aufweist, der einen Software-Code ausführen kann.This method, or at least parts thereof, may also be implemented or stored in the form of instructions in software or on a computer program product, where stored instructions are capable of performing the steps of the method when the method is run on a processor. Therefore, the present invention also relates to a computer program product with software code (software instructions) stored thereon, which is designed to execute one of the methods described above when the software code is executed by a processing unit. The processing unit may be any form of computer or control unit that has a corresponding microprocessor capable of executing software code.

Vorteile von Ausführungsbeispielen ergeben sich insbesondere aus der reduzierten Komplexität der elastischen Struktur, die erfindungsgemäß kein Federblech, sondern lediglich mehrere multifunktionale Deckfolien umfasst. Der Vorteil ergibt sich dabei insbesondere auch in einer vereinfachten Herstellung, da die multifunktionalen Deckfolien aus Metallblechen gestanzt werden können. Dabei können Strukturen in den Deckfolien, welche insbesondere die Abstützung ermöglichen können, durch einfaches Prägen erstellt werden. Zudem können multifunktionale Deckfolien leichter ausgetauscht und das federblechfreie axiale Foliengaslager dementsprechend einfacher gewartet oder repariert werden.Advantages of exemplary embodiments result in particular from the reduced complexity of the elastic structure, which, according to the invention, does not include a spring plate, but only a number of multifunctional cover films. The advantage results in particular from simplified production, since the multifunctional cover foils can be stamped from sheet metal. Structures in the cover foils, which in particular can enable support, can be created by simple embossing. In addition, multifunctional cover foils can be replaced more easily and the axial foil gas bearing without spring plates can be serviced or repaired accordingly more easily.

Figurenlistecharacter list

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Grundplatte eines federblechfreien axialen Foliengaslagers mit multifunktionalen Deckfolien, die geprägte Abstandshalter bzw. Stützfüße aufweisen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit multifunktionalen Deckfolien, die als Kippsegmente ausgebildet sind.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit multifunktionalen Deckfolien, die eine Sicke aufweisen oder lokal durch eine Erhebung in der Grundplatte abgestützt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit multifunktionalen Deckfolien, die Taschen aufweisen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit multifunktionalen Deckfolien, die durch Distanzbleche abgestützt sind.
6 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines federblechfreien axialen Foliengaslagers.
7a zeigt ein herkömmliches axiales Foliengaslager.
7b zeigt eine Detailansicht eines herkömmlichen axialen Foliengaslagers.

The embodiments of the present invention will be better understood from the following detailed description and the accompanying drawings of the various embodiments, which, however, should not be taken to limit the disclosure to the specific embodiments used for explanation and understanding only.

1 shows an embodiment of a base plate of an axial foil gas bearing without spring plates with multifunctional cover foils, which have embossed spacers or supporting feet.
2 shows an embodiment with multifunctional cover films, which are designed as tilting segments.
3 shows an embodiment with multifunctional cover foils, which have a bead or are supported locally by an elevation in the base plate.
4 shows an embodiment with multifunctional cover films that have pockets.
5 shows an embodiment with multifunctional cover foils, which are supported by spacer plates.
6 shows steps of a method for manufacturing a spring plate-free axial foil gas bearing.
7a shows a conventional axial foil gas bearing.
7b shows a detailed view of a conventional axial foil gas bearing.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Grundplatte 110 eines federblech-freien axialen Foliengaslagers 100 gemäß den nachfolgenden Ansprüchen. Auf der linken Seite der Figur sind multifunktionale Deckfolien 131, 132, 133, 134 auf der Grundplatte 110 in einer Aufsicht dargestellt. Oberflächen 1301 der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 sind ausgebildet, um als Gleitlagerfläche für eine (hier nicht dargestellte) Rotorscheibe zu dienen. Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 weisen jeweils geprägte Abstandshalter 1305, 1306 bzw. Stützfüße auf. Die Abstandshalter 1305, 1306 verbinden die jeweilige multifunktionale Deckplatte 131, 132, 133, 134 mit der Grundplatte 110. Die Abstandshalter 1305, 1306 stellen eine Struktur zum Einhalten einer Distanz zwischen der jeweiligen multifunktionalen Deckplatte 131, 132, 133, 134 und der Grundplatte 110 bereit. Die Abstandshalter 1305, 1306 sind ausgebildet, um bei der Drehung der Rotorscheibe relativ zu der Grundplatte 110 durch den Druck des Gases auf die jeweilige multifunktionale Deckfolie 131, 132, 133, 134 deformiert zu werden. Auf diese Weise bildet sich ein Gasfilm im Lagerspalt zwischen der Rotorplatte und der Grundplatte 110 aus Der Gasfilm bildet sich durch die Haftung des Gases an der Rotorscheibe, welche das Gas wiederum in den Bereich zwischen Gleitlagerfläche der Folie und Rotorscheibe befördert, aus. Dies führt zu einem aerodynamischen Druckaufbau. Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 begrenzen zudem mit der Grundplatte 110 einen Zwischenraum, der insbesondere kein Federblech aufweist. Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 überlappen sich nicht. Den multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 ist gemeinsam, dass ihre Form (insbesondere die Abstandshalter) durch Prägung aus einem Metallblech gewonnen werden können. Ziel der Prägung ist die Erhöhung der Elastizität der Folien, um etwa Schiefstellungen der Rotorscheibe, Stöße auf das Lager oder auch Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen. 1 shows an embodiment of a base plate 110 of a spring plate-free axial foil gas bearing 100 according to the following claims. Multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 on the base plate 110 are shown in a top view on the left-hand side of the figure. Surfaces 1301 of the multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 are designed to serve as plain bearing surfaces for a rotor disk (not shown here). The multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 each have embossed spacers 1305, 1306 or supporting feet. The spacers 1305, 1306 connect the respective multifunctional cover plate 131, 132, 133, 134 to the base plate 110. The spacers 1305, 1306 provide a structure for keeping a distance between the respective multifunctional top plate 131, 132, 133, 134 and the base plate 110. The spacers 1305, 1306 are designed to be deformed relative to the base plate 110 by the pressure of the gas on the respective multifunctional cover film 131, 132, 133, 134 when the rotor disk rotates. In this way, a gas film forms in the bearing gap between the rotor plate and the base plate 110. The gas film forms as a result of the gas adhering to the rotor disk, which in turn transports the gas into the area between the plain bearing surface of the foil and the rotor disk. This leads to an aerodynamic pressure build-up. The multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 also delimit an intermediate space with the base plate 110, which in particular has no spring sheet metal. The multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 do not overlap. What the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 have in common is that their shape (in particular the spacers) can be obtained by embossing a metal sheet. The aim of the embossing is to increase the elasticity of the foils in order to compensate for misalignments of the rotor disk, impacts on the bearing or manufacturing inaccuracies.

Auf der linken Seite der Figur sind vier multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 mit Abstandshaltern 1305, 1306 in unterschiedlicher Anordnung dargestellt. Eine erste multifunktionale Deckfolie 131 weist einen Befestigungsbereich 1302 auf, in dem die sie auf ihrer ganzen Breite (gemessen in radialer Richtung der kreisringförmigen Grundplatte 110) an der Grundplatte 110 befestigt ist. Die erste multifunktionale Deckfolie 131 umfasst zudem jeweils zwei Paare von Abstandshaltern 1305, die an jeweils gegenüberliegenden Seiten der ersten multifunktionalen Deckfolie 131 ausgebildet sind. Ein Ende 1303 der ersten multifunktionalen Deckfolie 131 ist frei.Four multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 with spacers 1305, 1306 in different arrangements are shown on the left-hand side of the figure. A first multifunctional cover film 131 has a fastening area 1302 in which it is fastened to the base plate 110 over its entire width (measured in the radial direction of the annular base plate 110). The first multifunctional cover film 131 also includes two pairs of spacers 1305, which are formed on opposite sides of the first multifunctional cover film 131. One end 1303 of the first multifunctional cover film 131 is free.

Eine zweite multifunktionale Deckfolie 132 unterscheidet sich von der ersten multifunktionalen Deckfolie 131 lediglich darin, dass ihr Ende 1303 in Richtung der Grundplatte 110 abgekantet ist.A second multifunctional cover film 132 differs from the first multifunctional cover film 131 only in that its end 1303 is bent in the direction of the base plate 110 .

Eine dritte multifunktionale Deckfolie 133 unterscheidet sich von der ersten und der zweiten multifunktionalen Deckfolie 131, 132 dadurch, dass ein Ende 1303 zwei in radialer Richtung der Grundplatte aufeinander zuweisende Abstandshalter 1305 aufweist.A third multifunctional cover film 133 differs from the first and the second multifunctional cover film 131, 132 in that one end 1303 has two spacers 1305 pointing towards one another in the radial direction of the base plate.

Eine vierte multifunktionale Deckfolie 134 weist ein Ende 1303 auf, bei dem zwei Abstandshalter 1305 radial voneinander abweisend angeordnet sind. Zudem weist die vierte multifunktionale Deckfolie 134 einen Abstandshalter 1306 in einem Inneren ihrer Oberfläche 1301 auf.A fourth multifunctional cover film 134 has an end 1303 at which two spacers 1305 are arranged radially away from one another. In addition, the fourth multifunctional cover film 134 has a spacer 1306 in an interior of its surface 1301 .

Auf der rechten Seite der Figur sind Querschnitte der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 und der Grundplatte 110 dargestellt.Cross sections of the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 and the base plate 110 are shown on the right-hand side of the figure.

In weiteren Ausführungen ist die Anzahl der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 verschieden von derjenigen in der vorliegenden Figur. Es ist auch eine einzige, durchgängige multifunktionale Deckfolie möglich.In further versions, the number of multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 differs from that in the present figure. A single, continuous, multifunctional cover film is also possible.

Eine Blechdicke der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 kann lokal variieren. Dadurch lassen sich beispielsweise lokal unter dem Druck des Gases steife und biegsamere Bereiche in einer multifunktionalen Deckfolie 131, 132, 133, 134 ausbilden. Insbesondere lässt sich dadurch erreichen, dass unter dem Druck des Gases eine Verkippung der multifunktionalen Deckfolie 131, 132, 133, 134 stattfindet und sich dadurch eine lokale Einstellung des Lagerspalts, insbesondere etwa eine Keilform, ergibt.A sheet metal thickness of the multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 can vary locally. As a result, areas that are stiff and more flexible locally under the pressure of the gas can be formed in a multifunctional cover film 131, 132, 133, 134, for example. In particular, it can be achieved that the multifunctional cover film 131, 132, 133, 134 tilts under the pressure of the gas, resulting in a local adjustment of the bearing gap, in particular a wedge shape.

Abstände und Maße der multifunktionalen Deckfolien 131,132,133,134 können von der in dieser Figur gezeigten Darstellung abweichen. Auch Form und Anzahl der Abstandshalter 1305, 1306 der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 können von den in dieser Figur gezeigten verschieden sein und sind vorteilhafterweise an die Ausführung der anderen Teile des Foliengaslagers 100 angepasst. Insbesondere sind Abkantungen der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 und auch Abbiegungen oder Knicke der Abstandshalter 1305, 1306 in unterschiedliche Richtungen (mit oder entgegen dem Rotationssinn, radial nach innen oder nach außen) möglich. Eine symmetrische Anordnung der Abstandhalter 1305, 1306 kann von Vorteil sein, ist jedoch nicht zwingend notwendig.Distances and dimensions of the multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 can deviate from the representation shown in this figure. The shape and number of spacers 1305, 1306 of the multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 can also differ from those shown in this figure and are advantageously adapted to the design of the other parts of the foil gas bearing 100. In particular, folds of the multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 and also bends or kinks in the spacers 1305, 1306 in different directions (with or against the direction of rotation, radially inwards or outwards) are possible. A symmetrical arrangement of the spacers 1305, 1306 can be advantageous, but is not absolutely necessary.

Zur Kühlung des axialen federblechfreien Foliengaslagers 100 können zudem Kanäle in die Grundplatte 110 eingebracht werden, durch welche im Betrieb des Foliengaslagers 100 eine Sog auf das Gas wirkt und dieses beispielsweise radial entweicht, so dass ein Kühlungseffekt erzielt wird. Die Kühlung kann auch vorteilhaft durch die Positionierung und Form der Abstandshalter 1305, 1306 sowie durch die Form der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134, die sich unter dem Druck des Gases einstellt, beeinflusst werden.Channels can also be introduced into the base plate 110 for cooling the axial sheet metal-free film gas bearing 100, through which a suction acts on the gas during operation of the film gas bearing 100 and this escapes radially, for example, so that a cooling effect is achieved. The cooling can also be advantageously influenced by the positioning and shape of the spacers 1305, 1306 and by the shape of the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134, which occurs under the pressure of the gas.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit wiederum vier multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134, die als Kippsegmente ausgebildet sind. Die linke Seite der Figur zeigt eine Aufsicht auf die Grundplatte 110, die rechte Seite der Figur zeigt Querschnitte durch die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 und die Grundplatte 110. Eine Verkippungselastizität kann durch Nachgiebigkeit einer multifunktionalen Deckfolie 131, 132, 133, 134, etwa über ihre Dicke, erzielt werden. Als Mittel zur Beabstandung der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 von der Grundplatte 100 sind dargestellt: Drehfedern 150, eine Erhebung 115 der Grundplatte sowie ein Distanzblech 160. Positionen und Form der Halte- bzw. Beabstandungselemente können in anderen Ausführungsbeispielen von der Darstellung in dieser Figur abweichen. 2 shows another embodiment with four multifunctional cover films 131, 132, 133, 134, which are designed as tilting segments. The left side of the figure shows a top view of the base plate 110, the right side of the figure shows cross sections through the multifunctional deck foils 131, 132, 133, 134 and the base plate 110. A tilting elasticity can be achieved by flexibility of a multifunctional cover foil 131, 132, 133, 134, approximately over its thickness. The means for spacing the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 from the base plate 100 are shown: torsion springs 150, an elevation 115 on the base plate and a spacer plate 160. In other exemplary embodiments, the positions and shape of the holding or spacing elements can vary from the representation differ in this figure.

Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 können außerhalb eines Betriebs des axialen Foliengaslagers eine nicht-planebene Oberfläche 1301 aufweisen. Wiederum kann eine Elastizität der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 dazu führen, dass unter dem Druck des Gases sich eine planebene Oberfläche 1301 zumindest abschnittsweise einstellt. Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 können abgeknickte Einlaufkanten 1304 aufweisen.The multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 can have a non-planar surface 1301 when the axial foil gas bearing is not in operation. Again, an elasticity of the multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 can result in a planar surface 1301 being set at least in sections under the pressure of the gas. The multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 can have bent inlet edges 1304.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit vier multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134. Auf der linken Seite der Figur ist eine Aufsicht auf die Grundplatte 110, auf der rechten Seite der Figur sind Querschnitte durch die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 und durch die Grundplatte 110 dargestellt. Eine erste multifunktionale Deckfolie 131 ist an einem Ende an der Grundplatte 110 befestigt und in einem Bereich am gegenüberliegenden Ende lokal durch eine Erhebung 115 der Grundplatte abgestützt. Andere multifunktionale Deckfolien 131, 132 zeigen weitere Ausführungsformen für solche Erhebungen 115. Eine weitere multifunktionale Deckfolie 134 weist eine Sicke 1307 auf, durch welche die multifunktionale Deckfolie 134 lokal auf der Grundplatte 110 aufliegt. 3 shows another embodiment with four multifunctional cover films 131, 132, 133, 134. On the left side of the figure is a top view of the base plate 110, on the right side of the figure are cross sections through the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 and represented by the base plate 110. A first multifunctional cover film 131 is attached to the base plate 110 at one end and is locally supported in an area at the opposite end by an elevation 115 of the base plate. Other multifunctional cover films 131, 132 show further embodiments for such elevations 115. Another multifunctional cover film 134 has a bead 1307 through which the multifunctional cover film 134 rests locally on the base plate 110.

Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 weisen eine Elastizität auf und werden um die Erhebungen 15 oder um die Sicke 1307 herum durch den Druck des Gases entsprechend deformiert.The multifunctional cover foils 131, 132, 133, 134 have an elasticity and are correspondingly deformed around the elevations 15 or around the bead 1307 by the pressure of the gas.

Sicken 1307 bzw. Erhebungen 15 lassen sich auch über lokale Beschichtung der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 bzw. der Grundplatte 110 erreichen. Form, Anzahl und Positionen der Sicken 1307 bzw. der Erhebungen 15 können in anderen Ausführungsbeispielen von den hier dargestellten abweichen.Beads 1307 or elevations 15 can also be achieved by local coating of the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 or the base plate 110. The shape, number and positions of the beads 1307 or the elevations 15 can deviate from those shown here in other exemplary embodiments.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134, die Taschen 1309 aufweisen. In der linken Seite der Figur ist eine Aufsicht, in der rechten ein Querschnitt der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 und der Grundplatte 110 gezeigt. In einem Herstellungsverfahren können die Taschen 1309 beispielsweise durch Metallfolienhinterspritzen ausgebildet werden. Die Taschen 1309 dienen der Ausbildung einer bestimmten Geometrie des Lagerspalts bzw. eines Gasfilms. Eine Tasche 1309 kann ein komplexes Höhenprofil aufweisen, und auch einer Versteifung der multifunktionalen Deckfolie 131, 132, 133, 134 dienen. 4 shows an embodiment with multifunctional cover films 131, 132, 133, 134, which have pockets 1309. The left-hand side of the figure shows a plan view and the right-hand side shows a cross section of the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 and the base plate 110. In one manufacturing process, the pockets 1309 can be formed, for example, by metal foil back injection. The pockets 1309 serve to form a specific geometry of the bearing gap or a gas film. A pocket 1309 can have a complex height profile and can also serve to reinforce the multifunctional cover film 131, 132, 133, 134.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit vier multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134, die durch Distanzbleche 160 abgestützt sind. In der linken Seite der Figur ist eine Aufsicht, in der rechten ein Querschnitt der multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 und der Grundplatte 110 dargestellt. Die Distanzbleche 160 sind jeweils auf der Grundplatte 110 oder auf einem anderen Distanzblech 160 fixiert. Die multifunktionalen Deckfolien 131, 132, 133, 134 liegen jeweils auf einem Distanzblech 160 auf. Eine Dicke der Distanzbleche 160 ist nicht notwendigerweise konstant. Zwischen den Distanzblechen können Kühlkanäle 170 ausgebspart sein. Anzahl, Maße, Form und Position der Distanzbleche 160 können unterschiedlich gewählt sein. 5 shows an embodiment with four multifunctional cover films 131, 132, 133, 134, which are supported by spacer plates 160. The left-hand side of the figure shows a plan view and the right-hand side shows a cross section of the multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 and the base plate 110. The spacer plates 160 are each fixed on the base plate 110 or on another spacer plate 160 . The multifunctional cover films 131, 132, 133, 134 each rest on a spacer plate 160. A thickness of the spacer plates 160 is not necessarily constant. Cooling channels 170 can be cut out between the spacer plates. The number, dimensions, shape and position of the spacer plates 160 can be chosen differently.

6 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines federblechfreien axialen Foliengaslagers 100. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S110 einer Metallfolie und zeichnet sich dann insbesondere durch ein Prägen S120 der Metallfolie aus, durch welches aus der Metallfolie eine multifunktionale Deckfolie 131, 132, 133, 134 gebildet wird. Das Verfahren umfasst zudem ein Verbinden S130 der multifunktionalen Deckfolie 131, 132, 133, 134 mit der Grundplatte 110, um so das axiale Foliengaslager 100 herzustellen. 6 shows steps of a method for producing an axial foil gas bearing 100 without a spring plate. The method includes providing S110 a metal foil and is then characterized in particular by embossing S120 of the metal foil, through which a multifunctional cover foil 131, 132, 133, 134 is formed from the metal foil . The method also includes connecting S130 the multifunctional cover film 131, 132, 133, 134 to the base plate 110 in order to produce the axial film gas bearing 100 in this way.

Das Verfahren kann auch Computer-implementiert sein, d.h. es kann durch Anweisungen umgesetzt sein, die auf einem Speichermedium gespeichert sind und in der Lage sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen, wenn es auf einem Prozessor läuft. Die Anweisungen umfassen typischerweise eine oder mehrere Anweisungen, die auf unterschiedliche Art auf unterschiedlichen Medien in oder peripher zu einer Steuereinheit (mit einem Prozessor) gespeichert sein können, die, wenn sie gelesen und durch die Steuereinheit ausgeführt werden, die Steuereinheit dazu veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen auszuführen, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind.The method may also be computer-implemented, i.e. implemented by instructions stored on a storage medium and operable to perform the steps of the method when run on a processor. The instructions typically comprise one or more instructions, which may be stored in various ways on various media in or peripheral to a control unit (having a processor), which when read and executed by the control unit cause the control unit to perform functions, perform functionalities and operations necessary to perform a method according to the present invention.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the description, the claims and the figures can be essential for the implementation of the invention both individually and in any combination.

BezugszeichenlisteReference List

1010: WelleWave
2020: Verdichterradcompressor wheel
3030: Turbinenradturbine wheel
4040: Radiallagerradial bearing
5050: Gasgas
6060: Lagerspaltbearing gap
7070: konventionelle Deckfolieconventional cover sheet
8080: Federblechspring plate
100100: axiales Foliengaslageraxial foil gas bearing
110110: Grundplattebase plate
115115: Erhebungelevation
120120: Rotorscheiberotor disk
131, 132, 133, 134131, 132, 133, 134: multifunktionale Deckfolienmultifunctional cover foils
13011301: Oberfläche einer multifunktionalen DeckfolieSurface of a multifunctional cover foil
13021302: Befestigung einer multifunktionalen Deckfolie an GrundplatteAttachment of a multifunctional cover film to the base plate
13031303: Ende einer multifunktionalen DeckfolieEnd of a multifunctional cover foil
13041304: Einlaufkanteleading edge
1305, 13061305, 1306: Abstandshalterspacers
13071307: Sickebead
13091309: Taschepocket
150150: Haltefederretaining spring
160160: Distanzblechspacer plate
170170: Kühlkanalcooling channel
S110, S120, S130S110, S120, S130: Verfahrensschritteprocess steps
AA: unbelasteter Zustandunloaded condition
BB: belasteter Zustandstressed condition

Claims

An axial foil gas bearing (100) with no spring plate a base plate (110); a rotor disk (120) rotatable relative to the base plate (110); and multifunctional cover foils (131, 132, 133, 134), which are each connected to the base plate (100) and have a surface (1301) which is designed to serve as a plain bearing surface for the rotor disk (120), the multifunctional cover foils ( 131, 132, 133, 134) are each formed in order to be deformed when the rotor disk (120) rotates relative to the base plate (110) by a pressure of a gas (50) located between them and thus a bearing gap (60) filled with the gas (50) between the rotor plate (120) and to form the base plate (110), and to delimit an intermediate space with the base plate (110), the intermediate space being free of a spring plate (120) or an overlapping section with a respective different multifunctional cover film (131, 132, 133, 134).

The foil gas bearing (100) after claim 1 , wherein the multifunctional cover foils (131, 132, 133, 134) each have embossed spacers (1305, 1306) which set and are formed a distance between the respective multifunctional cover foil (131, 132, 133, 134) and the base plate (110). to be deformed relative to the base plate (110) by the pressure of the gas (50) during the rotation of the rotor disc (120).

The foil gas bearing (100) according to any one of the preceding claims, wherein at least part of the multifunctional cover foils (131, 132, 133, 134) are each wholly or partially held at a distance above the base plate (110) by one or more of the following elements: an elevation (115) in the base plate (110), a bead (1307) in one of the multifunctional cover films (131, 132, 133, 134), a spacer plate (160), which is formed between the base plate (110) and one of the multifunctional cover films (131, 132, 133, 134), at least one torsion spring (150) formed between the base plate (110) and one of the multifunctional cover sheets (131, 132, 133, 134); a pocket (1309) formed in one of the multifunctional cover sheets (131, 132, 133, 134) and enclosing a cavity between the multifunctional cover sheet (131, 132, 133, 134) and the base plate (110).

The axial foil gas bearing (100) according to any one of the preceding claims, wherein at least one multifunctional cover foil (131, 132, 133, 134) is designed to form a convergent section in the bearing gap ( 60) and/or to form a channel in the space between the base plate (110) through which the gas (50) partially escapes from the film gas bearing (100) and thereby cools the film gas bearing (100), and/or in both directions of rotation by the pressure of the gas (50) to be deformed and in each case to form the bearing gap (60) filled with the gas (50) between the rotor plate (120) and the base plate (110).

The axial foil gas bearing (100) according to any one of the preceding claims, wherein the base plate (110) has a structure whereby the gas (50) upon rotation of the rotor disk (120) relative to the base plate (110) partially escapes from the foil gas bearing (100) escapes and thereby cools the foil gas bearing (100).

A supercharger for a fuel cell, with a spring plate-free axial foil bearing (100) according to one of the preceding claims.

A method for manufacturing a foil gas thrust bearing (100) according to any one of the preceding claims, the method comprising the steps of: providing (S110) a metal foil; embossing (S120) the metal foil so as to form a multifunctional cover sheet (131, 132, 133, 134); Joining the multifunctional cover foil (131, 132, 133, 134) to the base plate (110) in order to produce the spring plate-free axial foil gas bearing (100).