CN107110199B - 箔轴承、用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法以及箔轴承的相应制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明创建一种箔轴承、一种用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法以及一种用于箔轴承的相应制造方法。所述箔轴承（100）具有：具有通孔（102）的轴承背衬（101），其中，轴（103）在所述通孔中能够如此被布置，使得在所述轴和所述轴承背衬之间存在间隙（S）；具有第一内圆周（U）的箔组件（107），该箔组件具有：第一段状箔（107a），该第一段状箔被布置在所述间隙（S）中、与所述轴承背衬相邻，第二段状箔（107b），该第二段状箔被布置在所述间隙（S）中、与所述第一箔相邻，和第三段状箔（107c），该第三段状箔被布置在所述间隙（S）中、在所述轴和所述第二箔之间；用于调节所述箔组件（107）的所述内圆周（U）的调节机构（110）。

Description

箔轴承、用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法以及箔轴承 的相应制造方法

本发明涉及一种箔轴承、一种用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法以及箔轴承的一种相应制造方法。

背景技术

箔轴承被使用在多种应用中，特别在高转速的应用中，例如在热涡轮机、涡轮增压器、压缩机等中。

箔轴承是滑动轴承的一种特殊类型。这是空气动力轴承，所述空气动力轴承被设计用于高转速。第一代箔轴承由所谓的覆盖箔、波箔和轴承背衬构成。为了改善在这个轴承背衬中的轴的稳定性，在圆周上多个、典型地三个预紧元件（例如：具有矩形横截面和轴承宽度的长度的材料条，所谓的“垫片”）分散地被插入在所述轴承背衬和所述波箔之间。在没有这样的预紧元件时，空气动力压力形成仅仅发生在轴圆周方向中的一个位置处，即那里：在那里所述轴通过外力在一定条件下贴靠在所述覆盖箔处。与之相反，利用所述预紧元件，所述压力形成发生在所述圆周处的例如三个位置处。

图3示出用于阐述无预紧元件的示例性的箔轴承300的示意图。

箔轴承300具有轴承背衬101、轴103、具有覆盖箔107b和波箔107a的箔组件107。箔组件107被布置在间隙303中，该间隙在轴103和轴承背衬101之间。在图3中，轴103仅在横截面点处贴靠在覆盖箔107b处。由此产生在圆周方向上变窄的间隙303，在该间隙中，流体动力的或者空气动力的压力能够形成。在所述箔轴承中的压力分布利用曲线301示意性地被绘制出。

在图4中，具有预紧元件401、403、405的另一示例性的箔轴承400被示出。

箔轴承400具有轴承背衬101、轴103、分别具有覆盖箔407b和波箔407a的箔组件407、407‘、407‘‘。箔组件107被布置在间隙409中，该间隙在轴103和轴承背衬101之间。为了稳定所述轴，在所述间隙中附加地布置预紧元件401、403、405。

在图4中能够识别出，通过预紧元件401、403、405在所述轴承圆周上、在多个位置处产生变窄的间隙，所述间隙在轴103和覆盖箔407b之间。在这种变窄部中的每个处，空气动力压力分别形成，该空气动力压力支撑所述轴并且在径向方向上定位该轴。预紧元件401、403、405的位置和高度确定结构的几何形状。但是，在安装箔组件407、407‘、407‘‘和预紧元件401、403、405之后，轴承400的几何形状不再是能够改变的，压力进程的位置和强度于是仅仅取决于运行条件（速度、介质的粘度和温度）。

US 2004/0042691 A1公开具有多个环段状箔的箔轴承，所述环段状箔被布置在间隙中，该间隙在轴和轴承背衬之间。在此，所述轴承背衬被销穿透，其中，下述长度能够被围绕所述轴承背衬的、能够旋转的环调节：所述销以该长度从所述轴承背衬突出。

US 2003/0118257 A1示出具有多个压电执行器的箔轴承。所述箔轴承包括壳体以及用于支撑旋转轴的多个箔。所述压电执行器被设置用于调节所述轴承的刚度和阻尼系数。

发明内容

本发明创建一种根据权利要求1的箔轴承，一种根据权利要求9的用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法以及一种根据权利要求10的用于箔轴承的相应制造方法。

优选的改型方案是各个从属权利要求的主题。

发明优点

本发明所基于的构思是，附加于至今所使用的覆盖箔和波箔，在箔轴承中放入底面箔（所谓的“底箔”）。这种底面箔被布置在所述轴承背衬和所述波箔之间。因此，根据本发明的箔轴承的箔组件是具有底面箔、支撑箔和覆盖箔的箔组件。

此外，所述箔轴承具有调节机构，利用该调节机构能够调节箔组件的内圆周。

在此，所述调节机构适于将所述底面箔适当弹性地变形。这产生能够调节的间隙几何形状。

因此，本发明实现了对在制造箔轴承时的制造公差的补偿，由于所述制造公差箔轴承的间隙几何形状能够变化。在此，过小的间隙不利于轴承的效率，因为这能够导致在壳体处的边缘的摩擦，该摩擦伴随着涡轮机的后续停止运行。与之相反，过大的间隙降低所述轴承的承载力。通过对所述间隙几何形状的事后调节（所述调节利用本发明被提供），制造公差能够被校正，并且，尤其是所述轴能够在径向方向上被定位。

根据一种优选改型方案，所述轴承背衬在圆周方向上和/或在轴向方向上、在一个或者多个位置处设有钻孔。螺栓被插入至这些钻孔中，所述螺栓根据旋入深度将所述底面箔、所述波箔和所述覆盖箔压向轴承中心。通过所述调节机构的这种方案，所述调节机构的特别灵活和容易操作的实施方式被提供。

因此，通过在所述轴和所述轴承之间的所述间隙几何形状的灵活的能调节性，箔轴承的支撑行为也能够灵活地被调节。

根据另一种优选改型方案，所述调节机构在圆周方向上和/或在轴向方向上具有第一、第二和/或第三螺栓，由此，所述箔组件在轴向和/或径向方向上能够被定位。螺栓确保所述箔轴承的所述间隙几何形状的、灵活的调节可能性。然而，对于具有商业上常见的工具的用户而言，螺栓在它的低制造成本以及它的简单的能操纵性方面也是有利的。

根据另一种优选改型方案，所述底面箔、所述波箔和所述覆盖箔分别被构造为段状箔。在此，段状箔被理解为弯曲的箔，该箔形成基本上为环形的元件的至少一部分。所述覆盖箔在第一或者第二端部具有第一或者第二棱，其中，所述第一和所述第二棱包围至少340°的角度，也就是说，所述覆盖箔基本上环绕地被构造，并且具有直至20°的中断。在此，角度表述340°指的是具有所述覆盖箔的圆弧。因此，所述覆盖膜以及因此还有所述箔组件只是近似环形地被构造。在所述覆盖箔的所述第一棱和所述第二棱之间的角度确保所述箔组件的灵活的能变形性。然而，如果在所述第一和所述第二棱之间的所述角度变得过小，这负面地影响所述箔和所述箔轴承的稳定性以及承载力。因此，所提到的角度是在所述间隙几何形状的能调节性和所述轴承的承载力之间的最佳折衷。尤其地，所述波箔也能够在多个位置被中断，并且不必具有与所述覆盖箔同样的几何形状。例如，所述波箔能够如此被构造，使得它在圆周方向上被分成三段。视所述波箔段的数目而定，这些波箔段如此被彼此间隔开，使得在波箔段之间的间隔在圆周方向上累计至约15°。例如，就三个波箔段而言，在每两个波箔段之间产生约5°至10°的间隔。利用这样的数量级，所述波箔段彼此之间的灵活的并且独立的能变形性被确保。

根据另一种优选改型方案，所述调节机构至少部分地被布置在所述轴承背衬中。在所述轴承背衬中的布置为用户确保了容易的能接近性，因此，该用户能够容易地调节根据本发明的箔轴承的所述间隙几何形状。

根据另一种优选改型方案，所述调节机构具有第一端位置和第二端位置，并且在所述第一和所述第二端位置之间能够连续地被调节。在所述第一和所述第二位置之间的连续的能调节性确保灵活的调节可能性，该调节可能性能够精确地适配于主导的条件。

根据另一种优选改型方案，所述第三箔接触所述轴，当所述调节机构在它的第二位置中时。因此，所述第二端位置被构造为止档部，并且，因此在所述轴和所述轴承背衬之间的任意小的间隙能够被调节。

根据另一种优选改型方案，所述调节机构在它的第一位置中迫使形成具有所述箔组件的第一半径的第一圆周，并且，在它的第二位置中迫使形成具有所述箔组件的第二半径的第二圆周，其中，所述第一圆周与所述第二圆周以0.999倍的因数相区别。通过所述箔组件的可能被迫使的圆周的这种带宽实现了所述能够调节的间隙几何形状的最大可能的带宽。这相当于例如在箔轴承中的气膜的一个半的润滑膜高度。就具有大约20μm的轴承间隙的、直径为15mm的通孔而言，所述气膜为大约5μm至10μm。

根据另一种优选改型方案，所述第二箔被构造为金属网。由此，所述第二箔是特别灵活地能够变形的。

附图说明

下面，根据参照附图的实施方式阐述本发明的其它特征和优点。

附图示出：

图1 根据本发明的实施方式的箔轴承的示意性横断面视图，

图2 图1的示意性横断面部分视图，

图3 示例性的箔轴承的示意性横断面视图，

图4 示例性的箔轴承的示意性横断面视图。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记表示相同的或者功能相同的元件。

图1示出根据本发明的一种实施方式的箔轴承100的示意性横断面视图。

在此，箔轴承100被轴承背衬101限定。调节机构110被布置在轴承背衬101之内并且通过螺栓105a至c地构造，所述螺栓被分别布置在钻孔111a-c中。通孔102被构造在所述轴承背衬之内，在该通孔中轴103居中地被布置。轴103被均匀的间隙S利用在圆周方向上恒定的宽度包围。在所述间隙之内、在轴承背衬101的内表面O和轴103之间，箔组件107被构造。箔组件107包括三片箔：第一箔107a、第二箔107b和第三箔107c。在此，第一箔107a被构造为底面箔、第二箔107b被构造为波箔，并且，第三箔107c被构造为覆盖箔。

在这种实施方式中，箔107a至c被柱段状地构造。然而，被指出的是：箔107a至c也能够是其它的形状，而不脱离本发明的保护范围。箔107a至c分别具有第一棱109a和第二棱109b。棱109a和109b在非按比例绘制的附图中围成320°或者说40°的角度。也就是说，所述箔环绕整圆的320°的角度，并且，在40°的剩余区域中没有布置箔。在实践中，通常形成大约345°的角度。

在图1中，调节机构110或者在第一位置中的螺栓105a至c被示出，在该位置中，螺栓105a至c与所述轴承背衬的所述内表面齐平。因此，箔107a至c贴靠在轴承背衬101的内表面O处，并且，最宽的间隙S通过调节机构110或者通过螺栓105a至c被调节。

图2示出根据图1的箔轴承100的片段的示意性横断面视图。

在图2中，调节机构110通过螺栓105a构造。图2示出在另一个位置中的螺栓105a，该位置与根据图1的所述第一位置不同。在此，螺栓105a更深地被拧入轴承背衬101的钻孔111a中，使得它不再与轴承背衬101的所述内表面齐平，而是从这个内表面突出。因此，箔组件107通过螺栓105a被从轴承背衬101内表面O推离。因此，箔组件107的更小的圆周被迫产生。

虽然本发明借助优选的实施例被描述，但不限与此。尤其地，所提到的材料和拓扑只是示例性的并且不限于所阐述的例子。

箔轴承的设计不限于上面所描述的实施方式，而是能够任意地适配于各种应用。例如，调节机构的螺栓的数目能够适配于主导的情况。此外，箔轴承、轴承背衬、箔组件以及轴的形状不限于所示出的柱形。

本发明能够被应用于所有的箔轴承，所述箔轴承的结构包括波箔（所谓的“凹凸箔”）和覆盖箔（所谓的“顶箔”）。此外，本发明也能被应用于所谓的“网状箔”-轴承。对于“网状箔”-轴承而言，波箔被金属衬垫代替。

Claims (10)

1.箔轴承（100），具有：

- 具有通孔（102）的轴承背衬（101），其中，轴（103）在所述通孔中能够如此被布置，使得在所述轴和所述轴承背衬之间存在间隙（S）；

- 具有第一内圆周（U）的箔组件（107），该箔组件具有：

- 第一段状箔（107a），该第一段状箔被布置在所述间隙（S）中、与所述轴承背衬相邻，

- 第二段状箔（107b），该第二段状箔被布置在所述间隙（S）中、与所述第一段状箔相邻，

- 第三段状箔（107c），该第三段状箔被布置在所述间隙（S）中、在所述轴和所述第二段状箔之间；

- 用于调节所述箔组件（107）的所述内圆周（U）的调节机构（110）,其中，所述调节机构（110）具有第一螺栓（105a）,由此，所述箔组件能够在轴向和/或径向方向上被定位。

2.根据权利要求1所述的箔轴承（100），其中，所述调节机构（110）具有第一和第二螺栓（105a、105b）或第一、第二和第三螺栓（105a、105b、105c），由此，所述箔组件能够在轴向和/或径向方向上被定位。

3.根据前述权利要求中任一项所述的箔轴承（100），其中，所述第三段状箔在第一棱（109a）和第二棱（109b）之间分别至少包围340°，该第一棱在所述箔组件的第一端部处，该第二棱在所述箔组件的第二端部处。

4.根据权利要求1所述的箔轴承（100），其中，所述调节机构（110）至少部分地被布置在所述轴承背衬（101）中。

5.根据权利要求1所述的箔轴承（100），其中，所述调节机构具有第一端位置和第二端位置，并且在所述第一端位置和所述第二端位置之间能够连续地被调节。

6.根据权利要求5所述的箔轴承（100），其中，所述第三段状箔（107c）接触所述轴，当所述调节机构在它的第二位置中时。

7.根据权利要求5所述的箔轴承（100），其中，所述调节机构在它的第二位置中迫使产生箔组件的、与第一内圆周（U）不同的第二圆周，其中，与第一内圆周（U）不同的所述第二圆周相对于当所述调节机构在它的第一位置中时的第一圆周以0.999为因数减少。

8.根据权利要求1所述的箔轴承（100），其中，所述第二段状箔（107b）被构造为金属网。

9.用于调节箔轴承的间隙几何形状的方法，包括下述步骤：

- 提供根据权利要求1所述的箔轴承（100），

- 确定被支承在所述箔轴承中的轴（103）的待调节的和/或主导的运行状态和/或待调节的和/或主导的转速，

- 在使用所确定的待调节的和/或主导的运行状态和/或所述待调节的和/或主导的转速的情况下，确定合适的间隙几何形状，以及

- 定位所述调节机构（110）来调节所确定的间隙几何形状。

10.用于根据权利1至8中任一项所述的箔轴承的制造方法，包括下述步骤：

- 提供轴承背衬，

- 提供第一、第二和第三箔，

- 提供调节机构，

- 将所述调节机构布置在所述轴承背衬之内，以及

- 将所述箔组件布置在通过所述轴承背衬定义的空腔之内。

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