DE102021132435B3

DE102021132435B3 - Aerodynamische Lagervorrichtung mit Wärmeableitmöglichkeit

Info

Publication number: DE102021132435B3
Application number: DE102021132435.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hilbinger; Frederik Asmus; Andre Anger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2041-12-10

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aerodynamische Lagervorrichtung vorzuschlagen, welche eine verbesserte Dauerfunktion aufweist.Hierzu wird eine Aerodynamische Lagervorrichtung 1 vorgeschlagen, mit einem Läuferlagerpartner 2, wobei der Läuferlagerpartner 2 eine Läuferfläche 8 aufweist, mit einem Statorlagerpartner 4, wobei der Statorlagerpartner 4 einen Grundkörper 13 und mindestens einen Folienabschnitt 6 mit einer Folienfläche 7 zur Ausbildung eines Zwischenspalts 9 zwischen der Läuferfläche 8 und der Folienfläche 7 bei einer Rotation des Läuferlagerpartners 2 relativ zu dem Statorlagerpartner 4 aufweist, wobei die Lagervorrichtung 1 als eine selbstaufschwimmende Lagervorrichtung 1 derart ausgebildet ist, dass diese von dem Ruhezustand durch einen durch Eigenrotation selbst erzeugten Gasfilm in dem Zwischenspalt 9 in einen Betriebszustand übergeht, mit einer elastischen Zwischenschicht 16, wobei der Folienabschnitt 6 über die elastische Zwischenschicht 16 auf dem Grundkörper 13 gelagert ist, wobei die elastische Zwischenschicht aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, und mit mindestens einer Wärmeabführmöglichkeit zur Ableitung von Wärme aus der elastischen Zwischenschicht 16, wobei die Wärmeabführmöglichkeit 27 in dem Kunststoffmaterial angeordnet und/oder integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine aerodynamische Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Sogenannte Folienlager weisen in einer üblichen Bauform einen Stator mit Folienbereichen auf, wobei die Folienbereiche eine Notlagerfläche definieren. Beim Anlaufen des Folienlagers gleitet der rotierende Lagerpartner zunächst mechanisch über die Notlagerfläche und - wenn die Relativdrehzahl zwischen dem Stator und dem rotierenden Lagerpartner größer wird hebt dann von dem Folienpartner ab, so dass zwischen dem Stator und dem rotierenden Lagerpartner ein Zwischenspalt mit einem Gasfilm gebildet ist. Derartige Folienlager sind als Radiallager oder auch als Axiallager bekannt. Die Vorteile derartiger Folienlager sind vor allem, dass aufgrund des im Betrieb entstehenden Gasfilms die Lager mit sehr hohen Drehzahlen öl- und fettfrei sowie durch die vollständige Festkörpertrennung im Dauerbetrieb verschleißfrei betrieben werden können.
Die Druckschrift EP 3 502 499 A1 offenbart ein Folienlager, welches an einem Lagerpartner eine Folienschicht aufweist, die über eine metallische Federunterlage in axialer Richtung elastisch gelagert ist. Dieser Lagerpartner wird mit einem Kraftstoff durchströmt, um den Lagerpartner zu kühlen.
Die Druckschrift CN 106 438 676 A , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Folienaxiallager mit einem Tragkörper sowie einer Folienschicht, welche elastisch nachgiebig an dem Tragkörper angeordnet ist. Zwischen der Folienschicht und dem Tragkörper ist beispielsweise eine Gummilage angeordnet, um die elastische Nachgiebigkeit umzusetzen.
Die JP 2004 245 294 A zeigt ein Radialfolienlager. Die KR 1007 60 630 B1 zeigt ein Axialfolienlager. Die DE 10 42 303 A zeigt eine Lagerschale aus einem metallischen Stützkörper und einer dünnen Gleitfläche aus füllstofffreiem, härtbarem Kunstharz.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte aerodynamische Lagervorrichtung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine aerodynamische Lagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist eine aerodynamische Lagervorrichtung, welche insbesondere für eine Fluidenergiemaschine, insbesondere eine Verdichterbaugruppe, geeignet und/oder ausgebildet ist. Die aerodynamische Lagervorrichtung weist einen Läuferlagerpartner sowie einen Statorlagerpartner auf, wobei diese im Betrieb relativ zueinander um eine Rotationsachse rotieren. Besonders bevorzugt ist der Statorlagerpartner stationär angeordnet und der Läuferlagerpartner rotiert. Die Lagervorrichtung definiert insbesondere über die Drucklinien zur Kraftübertragung zwischen dem Läuferlagerpartner und dem Statorlagerpartner eine Lagerrichtung.
Der Läuferlagerpartner weist eine Läuferfläche auf, wobei die Läuferfläche dem Statorlagerpartner zugewandt ist und/oder senkrecht zu der Lagerrichtung verläuft. Der Läuferlagerpartner kann auch als ein Abschnitt von einer Komponente ausgebildet sein.
Der Statorlagerpartner weist einen Grundkörper auf. Ferner weist der Statorlagerpartner mindestens einen Folienabschnitt, vorzugsweise mehrere Folienabschnitte auf, welche jeweils eine Tragfläche (auch Tragflügel genannt) aufweisen, die gemeinsam eine Folienfläche bilden. Insbesondere kann der mindestens eine Folienabschnitt einen Teil einer Deckfolie bilden, wobei die Deckfolie oder der mindestens eine Folienabschnitt auch als top foil bezeichnet werden kann. Der Folienabschnitt ist in Lagerrichtung elastisch in oder an dem Statorlagerpartner angeordnet, insbesondere so, dass der Folienabschnitt elastisch in Richtung des Läuferlagerpartners gedrückt oder elastisch vorgespannt wird. Der Läuferlagerpartner weist eine Läuferfläche auf, wobei die Läuferfläche dem Statorlagerpartner zugewandt ist und/oder senkrecht zu der Lagerrichtung verläuft. Der Grundkörper kann als ein Lagerbauteil, wie z.B. eine Platte oder als ein Außenring ausgebildet sein, welche eine Lagersitzfläche bereitstellen. Alternativ wird der Grundkörper durch eine Anschlusskonstruktion gebildet, wobei die Anschlusskonstruktion die Lagersitzfläche bereitstellt. Insbesondere ist der Grundkörper bei der Axiallagervorrichtung als eine Platte ausgebildet oder weist zumindest eine ebene oder profilierte Montageseite als Lagersitzfläche für den mindestens einen Folienabschnitt und die Zwischenschicht auf. Bei der Radiallagervorrichtung ist der Grundkörper bevorzugt als ein Außenring oder als ein Außenringabschnitt realisiert oder weist zumindest eine Zylinderfläche als Lagersitzfläche für den mindestens einen Folienabschnitt und die Zwischenschicht auf.
Die Läuferfläche und die Folienfläche können jeweils eine Notlagerfläche bilden, wobei die Lagerpartner über die Notlagerflächen abgleiten können. Im Betrieb bildet sich zwischen der Folienfläche und der Läuferfläche ein Zwischenspalt aus oder erweitert sich, wobei in dem Zwischenspalt ein Gasfilm, insbesondere ein aerodynamischer Gasfilm, entsteht. Als Gas für den Gasfilm kann Umgebungsluft oder ein in der Umgebung der Lagervorrichtung vorhandenes Gas verwendet werden. Rotiert der Läuferlagerpartner nur relativ langsam, so dass sich kein tragender Gasfilm zwischen dem Statorlagerpartner und dem Läuferlagerpartner aufbaut, so kann es zu einer Berührung des Läuferlagerpartners mit dem Statorlagerpartner im Bereich der Notlagerflächen kommen. Steigert sich die Relativdrehzahl, so kann sich der Gasfilm weiter entwickeln und/oder in einem Betriebszustand stabilisieren. Soweit die Kräfte in der Lagervorrichtung insbesondere in Lagerrichtung gering sind, bleibt der Zwischenspalt und/oder der Gasfilm stabil und/oder konstant und die Reibung in der Lagervorrichtung niedrig. Sobald jedoch die Belastung in Lagerrichtung zu hoch wird, kann der Zwischenspalt zwischen dem Läuferlagerpartner und dem Statorlagerpartner auf Null reduziert werden, so dass der Gasfilm abreißt oder verschlechtert wird und es zu einer erhöhten Reibung und - damit verbunden - zu einer erhöhten Wärmeerzeugung und/oder zu einem erhöhten Verschleiß kommen kann.
Die Lagervorrichtung ist als eine selbstaufschwimmende Lagervorrichtung ausgebildet, wobei die selbst aufschwimmende Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Gasfilm zwischen dem Läuferlagerpartner dem Statorlagerpartner durch die Eigenrotation in der Lagervorrichtung, insbesondere durch den Läuferlagerpartner, selbst erzeugt wird. Insbesondere wird auf eine separate und/oder aktive Gaszuführung zur Erzeugung des Gasfilms verzichtet. In dem Ruhezustand kontaktieren sich der Läuferlagerpartner und der Statorlagerpartner, in dem Betriebszustand sind diese durch den Gasfilm in dem Zwischenspalt voneinander getrennt. In dem Ruhezustand beträgt die Drehzahl, insbesondere des Läuferlagerpartners 0 Umdrehungen/min. In einem Zwischenzustand, unterhalb einer Abhebedrehzahl, also unterhalb der Drehzahl, ab der sich ein ausreichend tragfähiger Gasfilm ausbildet, berühren sich der Statorlagerpartner und der Läuferlagerpartner weiter, so dass diese aufeinander im Bereich der Notlagerflächen abgleiten. Der Zwischenzustand ergibt sich beispielsweise bei Drehzahlen zwischen 0 Umdrehungen/min bis ca. 10.000 Umdrehungen/min. Oberhalb der Abhebedrehzahl bildet sich der Gasfilm und damit der Zwischenspalt aus, so dass der Statorlagerpartner vom Läuferlagerpartner in dem Betriebszustand voneinander kontaktlos getrennt sind. Beispielsweise ist die Drehzahl im Betriebszustand größer als 50.000 Umdrehungen/min, insbesondere größer als 70.000 Umdrehungen/min und im Speziellen größer als 80.000 Umdrehungen/min.
Bei einer bevorzugten Realisierung ist die Lagervorrichtung als eine Axiallagervorrichtung ausgebildet. In diesem Fall entspricht die Lagerrichtung der Rotationsachse der Lagervorrichtung. Die Folienflächen und/oder Tragflächen von dem mindestens einen Folienabschnitt erstrecken sich im Wesentlichen in einer radialen Ebene zu der Rotationsachse. Alternativ hierzu ist die Lagervorrichtung als eine Radiallagervorrichtung ausgebildet. Die Folienflächen und/oder Tragflächen von dem mindestens einen Folienabschnitt erstrecken sich im Wesentlichen in einer Zylinderfläche zu der Rotationsachse. In diesem Fall ist die Lagerrichtung insbesondere in radialer Richtung zu der Rotationsachse ausgerichtet.
Zwischen dem Folienabschnitt und dem Grundkörper ist eine elastische Zwischenschicht angeordnet, wobei die elastische Zwischenschicht den Folienabschnitt gegenüber dem Grundkörper elastisch lagert. Durch die elastische Lagerung kann die Folienfläche gegenüber dem Läuferlagerpartner elastisch nachgeben, um den Zwischenspalt zu bilden. Die Zwischenschicht kann durchgängig ausgebildet sein, alternativ hierzu ist diese nur bereichsweise auf dem Grundkörper vorgesehen. Insbesondere ist die Zwischenschicht im Kraftfluss zwischen den Folienabschnitten, insbesondere den Tragflächen, und dem Grundkörper angeordnet.
Die Zwischenschicht besteht aus einem Kunststoffmaterial oder weist dieses auf. Bevorzugt ist dieses aus einem temperaturbeständigen und/oder druckelastischen, Kunststoff, wie z.B. einem Elastomer gebildet. Z.B. besteht dieses aus einem Silikonkautschuk, einem LSR (Liquide Silicon Rubber) oder FKM (Flourkautschuk). Das verwendete Kunststoffmaterial, insbesondere das Elastomer, kann optional mit anderen Stoffen z.B. zur Steigerung der Temperaturbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit gefüllt sein.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die aerodynamische Lagervorrichtung, insbesondere der Statorlagerpartner, mindestens eine, insbesondere zusätzliche, Wärmeabführmöglichkeit zur Abführung von Wärme aus der elastischen Zwischenschicht aufweist. Insbesondere ist die Wärmeabführmöglichkeit als eine Zusatzmaßnahme ausgebildet, welche die elastische Zwischenschicht ergänzt. Die Wärmeabführmöglichkeit bildet insbesondere ein Wärmeabführmittel. Die Wärmeabführmöglichkeit ist zumindest teilweise oder abschnittsweise in dem Kunststoffmaterial angeordnet und/oder integriert. Insbesondere ist die Wärmeabführmöglichkeit zwischen der Deckfolie, insbesondere dem mindestens einen Folienabschnitt, und dem Grundkörper in der elastischen Zwischenschicht angeordnet und/oder integriert.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass in den folgenden Betriebszuständen Wärme in der aerodynamischen Lagervorrichtung erzeugt wird:

- Start-Stopp-Betrieb: Unterhalb der sog. Abhebedrehzahl, also unterhalb der Wellendrehzahl, ab der sich ein ausreichend tragfähiger Gasfilm ausbildet (siehe Stribek-Kurve, Festörper- und Mischreibungsbereich), wo sich die Stator- und Läuferflächen berühren. In der Regel ist dies ein Bereich von 0 bis rund 10.000 U/min.
- Im Normalbetrieb beim Auftreten von Schocklasten: Folienlager ausgebildet als aerodynamische Lagervorrichtungen, weisen im Vergleich zu anderen Lagerkategorien eine recht geringe Tragfähigkeit auf. Bei Schocklasten (z.B. Pkw fährt über Bordstein) kann es deshalb vorkommen, dass die zulässige Tragfähigkeit überschritten wird und es bei den üblicherweise zwischen 80.000 und 150.000 U/min. liegenden Betriebsdrehzahlen zu kurzzeitigem Festkörperkontakt kommt.
- Im Normalbetrieb: Durch den Fluidwiderstand des Gases (Scherwiderstand) wird direkt im Luftspalt Wärme erzeugt.

Darüber hinaus kann ein erheblicher Wärmestrom von einem E-Motor über eine Welle in Richtung der aerodynamischen Lagervorrichtung fließen.
Kühlelemente werden in der Regel mit einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse der Fluidenergiemaschine, im Speziellen einem Gehäuse der Verdichterbaugruppe verbunden, sodass ein möglichst guter Wärmefluss vom Luftspalt aus über die Folienlager in das Gehäuse für eine möglichst niedrige Temperaturbelastung der Folienlager von Bedeutung ist. Denn dies hat wiederum Auswirkungen auf die Werkstoffauswahl für die Deckfolie, deren Beschichtung und den Grundkörper und ist damit kosten- und gebrauchsdauerbeeinflussend.
Alternativ oder ergänzend zu den bekannten Kühlmaßnahmen schlägt die Erfindung vor, mindestens eine zusätzliche Wärmeabführmöglichkeit in der elastischen Zwischenschicht anzuordnen und/oder zu integrieren, um auf diese Weise, insbesondere kostenorientiert eine Wärmeführung zu schaffen, und auf diese Weise die Dauerfunktion der aerodynamischen Lagervorrichtung zu verbessern. Die Wärmeabführmöglichkeit kann als eine Wärmeleitung und/oder als eine Wärmeströmung (Konvektion) ausgebildet sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärmeabführmöglichkeit durch wärmeleitende Partikel dargestellt oder umgesetzt, welche in dem Kunststoffmaterial angeordnet sind. Insbesondere kann das Kunststoffmaterial eine Matrix bilden, in der die wärmeleitenden Partikel, insbesondere als Füllstoffe, eingebettet sind. Insbesondere kann es sich bei den wärmeleitenden Partikeln um gut wärmeleitfähige mineralische, keramische und/oder metallische Werkstoffe handeln. Insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit größer als die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffmaterials ausgebildet. Beispielsweise entspricht der Wert der Wärmeleitfähigkeit, insbesondere ausgedrückt in der SI-Einheit W/(m K), mindestens 10-fach, vorzugsweise mindestens 50-fach, im Speziellen mindestens 100-fach dem Wert der Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffmaterials. Vorzugsweise weist das Verbundmaterial der Zwischenschicht, umfassend das Kunststoffmaterial und die wärmeleitenden Partikel, mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, im Speziellen mindestens 15 Gew.-% der wärmeleitenden Partikel auf. Die Wärmeabführung wird insbesondere durch Wärmeleitung umgesetzt. Beispielsweise sind die wärmeleitenden Partikel als Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrit, Bornitrit oder Siliziumkarbid ausgebildet. Alternativ oder ergänzend sind die wärmeleitenden Partikel als metallische Partikel, insbesondere umfassend Aluminium, Kupfer und/oder Eisen etc. realisiert. Alternativ oder ergänzend können die wärmeleitenden Partikel als Kohlenstoffpartikel realisiert sein.
Durch die wärmeleitenden Partikel als Wärmeabführmöglichkeit wird erreicht, dass Wärme ausgehend von dem mindestens einen Folienabschnitt und/oder der Deckfolie über die elastische Zwischenschicht unter Nutzung der wärmeleitenden Partikel zum Beispiel an einen Rand des Statorlagerpartners oder an den Grundkörper weitertransportiert werden kann. Von dort aus ist es einfach, den weiteren Wärmetransport in üblicher Weise zu realisieren.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Kunststoffmaterial als ein hochtemperaturbeständiges Silikon, insbesondere als Hochtemperatur-Silikonkautschuk und/oder Hochtemperatur-Silikonelastomer, ausgebildet ist. Insbesondere kann auf die entsprechenden Werkstoffe von Backformen etc. verwiesen werden. Die genannten Silikone sind für eine Dauerbetriebstemperatur bis mindestens 200°C, vorzugsweise bis mindestens 250°C geeignet und erhöhen dadurch die Wärmebeständigkeit des Statorlagerpartners.
Bei einer Weiterbildung oder Alternative der Erfindung sind in dem Kunststoffmaterial der Zwischenschicht Kanäle, insbesondere ausgebildet als Freiräume, Netzbereiche oder dergleichen, zur Durchströmung mit einem Fluid als Wärmeabführmöglichkeit angeordnet. Somit wird vorgeschlagen, die elastische Zwischenschicht aktiv mit einem Fluid zu durchströmen, um diese zu kühlen und/oder die Wärme abzuführen.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Kanäle zur Durchströmung mit einem Gas aus dem Gasfilm angeordnet. Insbesondere wird das Gas durch den Gasfilm in dem Zwischenspalt angetrieben und entweder saugend oder bevorzugt drückend durch die Kanäle bewegt, um auf diese Weise das Kunststoffmaterial und damit die elastische Zwischenschicht zu kühlen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass für das Fluid, insbesondere das Gas, keine Pumpe notwendig ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, dass der Statorlagerpartner Durchlässe zur strömungstechnischen Verbindung der Kanäle mit der Umgebung, insbesondere mit dem Gasfilm, aufweist. Beispielsweise können die Durchlässe zumindest teilweise in der Deckfolie, insbesondere in den Folienabschnitten ausgebildet sein. Auf diese Weise drückt der Gasfilm aktiv das Gas durch die Kanäle, so dass die Zwischenschicht gekühlt ist.
Bei einer Weiterbildung oder einer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kanäle zur Durchströmung mit einem Gas aus einer zusätzlichen Gaszuführung angeordnet und/oder ausgebildet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird eine separate Gaszuführung benötigt, welche beispielsweise eine Pumpe umfasst. Optional bildet die Gaszuführung, insbesondere die Pumpe, einen Teil der aerodynamischen Lagervorrichtung. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Aerodynamik in den Zwischenspalt nicht beeinträchtigt wird, sondern dass Gas zur Kühlung der Zwischenschicht durch einen anderen Mechanismus bereitgestellt wird. Optional wird der zur Kühlung verwendete Gasstrom mittels Bypass vom Verdichter abgezweigt. Dies kann beispielsweise auf der Ansaugseite, der Druckseite, nach dem Druckluftkühler oder der Rücklauf-Luft z.B. einer Brennstoffzelle erfolgen. Bei diesen Ausgestaltungen sind die Kanäle zur Durchströmung optional ausschließlich oder ergänzend in den Grundkörper eingebracht.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Zwischenschicht eine Strukturierung der Dämpfung und/oder der Steifigkeit in Flächenerstreckung aufweist wobei die Kanäle die Strukturierung bilden oder mitbilden. Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass die elastische Zwischenschicht, insbesondere in einem Flächenbereich unter dem Folienabschnitt, und vorzugsweise beschränkt auf diesen Flächenbereich, in der Flächenerstreckung eine Strukturierung der Steifigkeit und/oder der Dämpfung aufweist. Insbesondere ändert sich in Flächenerstreckung die Steifigkeit und/oder Dämpfung, um die Strukturierung zu erzeugen. Somit sind unter dem Folienabschnitt in der Flächenerstreckung Bereiche mit einer höheren Steifigkeit und Bereiche mit einer niedrigeren Steifigkeit und/oder Bereiche mit einer hohen Dämpfung oder mit einer niedrigen Dämpfung vorgesehen. Bei der Steifigkeit handelt es sich insbesondere um eine Stützsteifigkeit. Insbesondere ist die Strukturierung abweichend von einem Flächenverlauf des Folienabschnitts in einem unverformten und/oder entspannten Zustand ausgebildet. Insbesondere weist die Strukturierung Übergänge der Steifigkeit und/oder der Dämpfung auf, welche unabhängig von einer Form des Folienabschnitts ausgebildet sind. Insbesondere handelt es sich bei der Strukturierung um eine zusätzliche und/oder künstliche Strukturierung, die insbesondere aktiv und/oder durch eine Zusatzmaßnahme in die Zwischenschicht eingebracht ist. Insbesondere kann der Folienabschnitt und/oder der Tragflügel einen insbesondere umlaufenden Randbereich und einen Innenbereich aufweisen. Die Kontaktfläche des Folienabschnitts mit der Zwischenschicht ist in dem Innenbereich bevorzugt eben mit einem Höhenverlauf ausgebildet. Die Strukturierung in bevorzugt in dem Innenbereich unter dem Tragflügel und/oder unter dem Folienabschnitt angeordnet und weicht von der ebenen Form bzw. dem Höhenverlauf ab.
Es ist dabei eine weiterführende Überlegung, dass die Gestaltung der elastischen Zwischenschicht mit einer frei wählbaren Geometrie umgesetzt wird, um in Teilbereichen unterschiedliche Stützsteifigkeiten und Dämpfungseigenschaften zu erreichen. Der sich durch die dynamische Wellenrotation bildende und lasttragende Gasfilm weist innerhalb der Läuferfläche unterschiedliche Drücke auf, vorstellbar als dreidimensionales Druckgebirge. Durch die frei wählbare Geometrie der Zwischenschicht und damit der Strukturierung von Steifigkeit und/oder Dämpfung kann die Zwischenschicht auf dieses Druckgebirge angepasst werden und dadurch die Funktionseigenschaften der aerodynamischen Lagervorrichtung verbessert werden.
Die Kanäle können diese Strukturierung bilden oder mitbilden, so dass die Kanäle eine Doppelfunktion einnehmen, nämlich zum einen die Kühlung der Zwischenschicht und zum anderen die Anpassung der elastischen Eigenschaften der Zwischenschicht.
Unter der Steifigkeit wird insbesondere die Fähigkeit der Zwischenschicht, sich bei Belastung mit einer insbesondere proportionalen Einfederung reversibel zu verformen. Im Speziellen wird die Steifigkeit, insbesondere ausgebildet als Linearsteifigkeit, in Kraft geteilt durch Auslenkung angegeben. Insbesondere bezeichnet die Dämpfung eine die Bewegung begleitende Bremswirkung, die eine Verringerung der Amplitude zum Beispiel bei einer Schwingung bewirkt. Im Speziellen handelt es sich um eine Viskosedämpfung.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Zwischenschicht mindestens zwei unterschiedliche Kunststoffformulierungen auf. Die unterschiedlichen Kunststoffformulierungen bilden die Strukturierung oder bilden diese zumindest mit. Somit können neben den unterschiedlichen Kunststoffformulierungen noch weitere Maßnahmen zur Erzeugung oder zur Bildung der Strukturierung vorgesehen sein. Die Kunststoffformulierungen unterscheiden sich hinsichtlich der Steifigkeit und/oder der Dämpfung voneinander. Die unterschiedlichen Materialeigenschaften können beispielsweise durch eine, einige oder alle der folgenden Maßnahmen erreicht werden:

- Unterschiedliches Grundmaterial der Kunststoffformulierungen
- Unterschiedliche Schäumungen der Kunststoffformulierungen
- Unterschiedliche Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe in den Kunststoffformulierungen
- Unterschiedliche Behandlung bei der Aushärtung der Kunststoffformulierungen
- etc.

Die Kunststoffformulierungen können in der Flächenerstreckung des Folienabschnitts nebeneinander angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend können diese auch überdeckend und/oder in Lagen zueinander angeordnet sein. Beispielsweise kann die Zwischenschicht eine vorgegebene Dicke, insbesondere einen vorgegebenen Dickenverlauf aufweisen, wobei die anteilige Dicke der unterschiedlichen Kunststoffformulierungen in der Flächenerstreckung variieren kann. Insbesondere sind die mindestens zwei unterschiedlichen Kunststoffformulierungen als Lagen in der Zwischenschicht angeordnet. Durch diese Ausgestaltung kann die Strukturierung von Dämpfung und/oder Steifigkeit erreicht werden und zwar bevorzugt auch unabhängig von einer Gesamtdicke der Zwischenschicht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung oder Weiterbildung der Erfindung weist die Zwischenschicht eine Dickenstrukturierung auf, wobei die Dickenstrukturierung die Strukturierung bildet oder mitbildet. Somit können neben der Dickenstrukturierung noch weitere Maßnahmen zur Erzeugung oder zur Bildung der Strukturierung vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in der Zwischenschrittschicht geometrische Formen angeordnet sind. Die Kanäle können einen Teil der Dickenstrukturierung bilden.
Die Steifigkeits- und/oder Dämpfungsänderung der Strukturierung kann bevorzugt durch die in der Draufsicht (Blick in axialer Richtung auf die Folienfläche) erkennbare geometrische Form der elastischen Zwischenschicht erfolgen. Beispielsweise können geometrische Muster als Bereiche mit verringerter Dicke oder sogar als Fehlstellen in der Zwischenschicht eingebracht sein. Mögliche geometrische Muster sind z.B. Streifen in Umfangsrichtung, Streifen in Radialrichtung, sternförmig angeordnete Streifen, Punkte, sternförmige Punkte, usw., und/oder durch die Verwendung unterschiedlich formulierte Werkstoffe für die einzelnen Flächenteilbereiche. Betrachtet man eine mittlere Höhe des Folienabschnitts an der Innenseite des Folienabschnitts und/oder an der Kontaktfläche, insbesondere in dem Innenbereich des Folienabschnitts und/oder des Tragflügels, so weisen die Bereiche mit verringerter Dicke weniger als 80% der mittleren Höhe, vorzugsweise weniger als 60% der mittleren Höhe und im Speziellen weniger als 40% der mittleren Höhe auf.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Strukturierung, insbesondere unter Mitwirkung der Kanäle, korrespondierend zu einer Druckverteilung im Betrieb des Statorlagerpartners ausgebildet ist, so dass die Einfederung des Folienabschnitts homogenisiert ist. Besonders bevorzugt wird in Teilflächenbereichen mit niedrigerem Gasdruck die Steifigkeit der elastischen Zwischenschicht niedriger ausgeführt als in Teilflächenbereichen mit hohem Gasdruck (, insbesondere vergleichbar mit einer Mehrzonen-Matratze). Damit wird bevorzugt erreicht, dass der elastische Folienabschnitt und/oder die elastische Topfoil in den Teilflächenbereichen mit hohem Gasdruck des Druckgebirges nicht unkontrolliert einsinkt und innerhalb von Teilflächenbereichen mit niedrigem Gasdruck nicht zum Festkörperkontakt (Anschleifen an die Läuferfläche) und damit zu Reibung, Erwärmung und Verschleiß kommt.
Prinzipiell können der Grundkörper und die Deckfolie über die Zwischenschicht einseitig mit dem Grundkörper oder einseitig mit der Deckfolie verbunden sein. Optional kann nur eine Teilmenge der Tragflächen und/oder Folienabschnitte fest verbunden und eine andere Teilmenge unverbunden sein.
Bei einer bevorzugten Realisierung ist die Zwischenschicht mit dem Grundkörper und dem Folienabschnitt stoffschlüssig verbunden. Nachdem hier eine Fügeverbindung vorliegt, wird insbesondere vorgeschlagen, auf eine Parallelfügeverbindung, insbesondere auf eine Schweißung zu verzichten. Dadurch wird erreicht, dass kein thermischer Eintrag erfolgt, so dass beispielsweise ein Verziehen des Grundkörpers ausgeschlossen ist. Werkstoffwahl und Verfahren haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie die Einzelteile der Lagervorrichtung wie Grundkörper und Deckfolie wie ein Kleber fest miteinander verbinden. Dadurch kann auf das sonst übliche Verschweißen der Bauteile verzichtet werden und das damit einhergehende Verschmutzungsrisiko, den Effekt der Werkstofffestigkeitsreduzierung an den Schweißnähten und der Reduzierung der Korrosionsbeständigkeit an den Schweißnähten umgangen werden.
Bevorzugt ist die Deckfolie an mindestens einem Punkt gegen Verdrehen mit dem Grundkörper gesichert.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Zwischenschicht mit dem Folienabschnitt vollflächig stoffschlüssig verbunden. Soweit hier eine Dickenstrukturierung vorliegt, überträgt sich die Dickenstrukturierung auch auf den Folienabschnitt, zumindest in abgeschwächter Form.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Zwischenschicht mit dem Folienabschnitt nur teilflächig verbunden. Insbesondere ist die Zwischenschicht mit dem Folienabschnitt in den dickeren Bereichen der Dickenstrukturierung verbunden und in den dünneren Bereich der Dickenstrukturierung nicht verbunden und insbesondere beabstandet zu dem Folienabschnitt. Beispielsweise kann die Dickenstrukturierung so weit gehen, dass in Teilflächenbereichen keine Zwischenschicht oder Fehlstellen der Zwischenschicht vorhanden sind. Ist insbesondere bevorzugt, dass die Dickenstrukturierung zu einer Dickenvariation von mindestens 10 %, vorzugsweise von mindestens 20 % und insbesondere von mindestens 30 % der maximalen Dicke der Zwischenschicht in dem Bereich des Folienabschnitts führt. Diese Beabstandungen können durch die Kanäle ausschließlich gebildet oder mitgebildet werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen kann die Zwischenschicht entlang der Erstreckungsfläche sowohl unterschiedliche Dicken bis hin zu Fehlstellen oder Freistellen aufweisen und/oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Auf diese Weise kann das elastische Verhalten der Zwischenschicht beliebig eingestellt und/oder designt werden. Insbesondere wird die Steifigkeit innerhalb der Tragfläche dem Luftdruckprofil zwischen den Tragflächen und dem Läuferlagerpartner durch Variation von z.B. Geometrie und/oder Werkstoff partiell angepasst. Die Federsteifigkeit der Zwischenschicht ist durch Geometrie, Struktur, Werkstoff und/oder Werkstoffkombinationen der Zwischenschicht variierbar.
Es ist alternativ oder ergänzend möglich, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Zwischenschicht dem Grundkörper und/oder dem Folienabschnitt gezielt teilweise unterbrochen ist, indem beispielsweise ein Trennmittel eingebracht wird. Auch auf diese Weise kann das elastische Verformungsverhalten von dem Statorlagerpartner definiert und gesteuert werden. Insbesondere kann alternativ zur beidseitigen festen Verbindung der Zwischenschicht bestimmte Kontaktflächen mit Trennmittel versehen sein, um eine feste Verbindung zu vermeiden.
Die elastische Zwischenschicht wird erfindungsgemäß aus einer formlosen Masse urformend (z.B. durch Spritzen, Dosieren, Drucken, Siebdruck, Vulkanisieren, 3D-Druck,) aufgebracht. Dabei ist es unter anderem möglich, dass diese auf den Grundkörper und/oder auf die Innenseite von dem Folienabschnitt aufgebracht wird oder in einen entsprechenden Zwischenraum zwischen dem Grundkörper und dem Folienabschnitt eingespritzt wird. Insbesondere wird die formlose Masse als Flüssigkeit oder pastöse Masse aufgebracht. Nach dem Aufbringen ist die Zwischenschicht zwischen dem Grundkörper und dem Folienabschnitt angeordnet.
Somit schlägt die Erfindung nicht nur vor, die Bumpfoil aus dem umgeformten, nichtrostenden Federstahlblech durch einen druckelastischen, Werkstoff zu ersetzen. Ergänzend soll das elastische Material in flüssigem oder pastösem Zustand auf eine der beiden Kontaktierungsflächen (bevorzugt auf den Grundkörper, alternativ auf den Folienabschnitt oder direkt zwischen die beiden Bauteile) aufgetragen werden. Es wird insbesondere vorgeschlagen, den Statorlagerpartner zu fügen, während der elastische Werkstoff noch pastös ist (d.h. viskose Eigenschaften aufweist).
Auf diese Weise kann durch das Auftragen der formlosen Masse mit einer Ausgangsstrukturierung in Bezug auf die Verteilung der Dicke und/oder die Verteilung der Kunststoffformulierungen in Flächenerstreckung die Grundlage für die Strukturierung der Steifigkeit und/oder Dämpfung, insbesondere die Grundlage für die Kanäle gebildet werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in einem Kalibrierungsschritt die Folienfläche relativ zu dem Grundkörper, insbesondere zu der Lagersitzfläche, durch Formung der Zwischenschicht kalibriert wird. Insbesondere handelt es sich um einen zusätzlichen Kalibrierungsschritt, wobei der zusätzliche Kalibrierungsschritt nach dem Schritt des Aufbringens der formlosen Masse durchgeführt wird. Insbesondere wird die Zwischenschicht geformt bevor diese ausgehärtet (z.B. bei Raumtemperatur, unter erhöhter Aushärtetemperatur, mittels UV-Licht, Vorvernetzung mittels UV-Licht und anschließendes Aushärten mittels Temperatur, usw.) ist. Insbesondere wird die Lagerhöhe während des Montageprozesses präzise kalibriert, indem bspw. Die formlose Masse, insbesondere das Elastomer, direkt auf den Grundkörper, insbesondere die Lagersitzfläche, aufgetragen wird (vollflächig, punktförmig, raupenförmig, usw.), anschließend die Deckfolie (Topfoil) aufgelegt wird, die Lagervorrichtung mittels Vorrichtung oder Presse präzise auf Höhe kalibriert und in diesem Zustand ausgehärtet oder zumindest teilausgehärtet (vorvernetzt) wird.
Vorzugsweise sind in der aufgebrachten formlosen Masse bereits die Kanäle eingebracht oder zumindest als Freibereiche vorbereitet, wobei durch den Kalibrierungsschritt die Zwischenschicht auch mit den Kanälen toleranzarm über die Deckfolie kalibriert werden kann.
Unter Aushärtung wird insbesondere der Übergang von einer plastisch verformbaren und/oder viskosen Masse zu der elastischen Zwischenschicht verstanden. Mit dem Kalibrierungsschritt wird die Folienfläche in eine definierte Position relativ zu dem Grundkörper, insbesondere zu der Lagersitzfläche, ausgerichtet und durch die Formung der Zwischenschicht in dieser Lage festgelegt, so dass auftretende Fertigungstoleranzen der Einzelteile bei einer Produktion von einer Vielzahl von derartigen Statorlagerpartnern eliminiert werden und die Bauhöhenschwankung untereinander reduziert wird.
Es ist dabei eine Überlegung der Weiterbildung, dass Folienlager derzeit in Kleinstückzahlanwendungen wie bspw. in der Luftfahrttechnik oder in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen eingesetzt werden. Allerdings wird in den nächsten Jahren eine deutliche Stückzahlsteigerung erwartet. Daraus resultiert die Forderung nach großserientauglichen Herstellungsprozessen und dafür geeigneten Lagerdesigns. Das Problem ist, dass die für die Funktion erforderlichen Lager-Toleranzen unter Großserienbedingungen nicht erreicht, bzw. nur mit hohem Aufwand erreicht werden können. Bei einer Ausführung mit einer sogenannten Bumpfoil, liegen die Ursachen in der schlechten Formbarkeit der Bumpfoil-Wellen aus dem Federstahlblech. Federstahlblech hat die Eigenschaft, nach der Umformung wieder zu einem erheblichen Teil in die Ursprungsform zurück zu federn. Diese Eigenschaft steht einer ausreichend präzisen Umformung entgegen. Für die Funktion werden Bumpfoilhöhentoleranzen - und Höhenunterschiede von einer zu den anderen Wellen von wenigen Hundertstel Millimetern benötigt, um einen Keilspalt zwischen Rotor und Tragfläche zum Druckaufbau, sowie einen ausreichend präzisen Trag-Luftspalt sicherzustellen. Neben der präzisen Fertigung der Wellenhöhen muss die Bumpfoil mit allen Kontaktpunkten an der Grundplatte und der Topfoil anliegen, damit die Tragflächen beim Rotor-Start nicht zu stark gegen die Laufflächen am Rotor gedrückt werden und damit Reibmoment und Verschleiß zu stark ansteigen würden, d.h. die Bumpfoil darf insgesamt nur sehr geringe Formfehler aufweisen. Durch die federnden Eigenschaften des Federstahlblechs lassen sich diese Anforderungen nur mit hohem Werkzeugabstimmungsaufwand oder ggfs. überhaupt nicht erreichen.
Es wird insbesondere vorgeschlagen, den Statorlagerpartner zu fügen, während der elastische Werkstoff noch pastös ist (d.h. viskose Eigenschaften aufweist) und durch eine Vorrichtung die exakte Dicke der Zwischenschicht einzustellen und den elastischen Werkstoff in diesem Zustand auszuhärten, sodass am Ende Statorlagerpartner mit einer sehr geringen Streuung der Dicke der Zwischenschicht vorliegen, sowie auch einer einheitlichen Höhe der einzelnen Folienabschnitte zueinander, insbesondere innerhalb eines Statorlagerpartners, als auch von Statorlagerpartner zu Statorlagerpartner.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Zwischenschicht, insbesondere mit den Kanälen, in Bezug auf die Schichtdicke geformt. Insbesondere wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen dem Folienabschnitt und dem Grundkörper, welche durch die Zwischenschicht definiert ist, einem vorgegebenen Sollwert entspricht. In diesem Fall wird die Strukturierung vorzugsweise durch die Auswahl und Verteilung der Kunststoffformulierungen erreicht.
Alternativ oder ergänzend wird die Zwischenschicht, insbesondere mit den Kanälen, in Bezug auf eine Schichtdickenverteilung geformt. Durch den Kalibrierungsschritt ist es nicht nur möglich, die Schichtdicke absolut und im Vergleich zu anderen Statorlagerpartner reproduzierbar zu formen. Vielmehr ist es ergänzend auch möglich, die Schichtdickenverteilung bei einem einzigen Statorlagerpartner durch Formung der Zwischenschicht zu kalibrieren. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Schichtdicke nicht einheitlich über die Zwischenschicht geformt wird. Insbesondere ist es möglich, einen gewollten Schichtdickenverlauf durch den Kalibrierungsschritt abzubilden. So ist es beispielsweise umsetzbar, dass die Schichtdicke in den Randbereichen der Folienflächen und/oder Tragflächen reduziert wird, um eine Rampe zu schaffen über die der Läuferlagerpartner auf die jeweilige Folienfläche auflaufen und den Gasdruck aufbauen kann oder welche zu einem konstanteren Läufer-/Statorabstand über die gesamte Folienfläche führt, obwohl der Gasdruck im Spalt zu den Randbereichen hin auf Null abfällt und sich andernfalls der Abstand dadurch in diesen Teilbereichen verringern würde. Auch andere Schichtdickenverteilungen sind auf diese Weise darstellbar. Vorzugsweise weist der Statorlagerpartner eine Mehrzahl von Folienabschnitten mit Folienflächen und/oder Tragflächen auf, wobei es für einen reibungsarmen Lauf der aerodynamischen Lagervorrichtung vorteilhaft ist, wenn diese Folienflächen bzw. Tragflächen jeweils die gleiche Schichtdicke und/oder die gleiche Schichtdickenverteilung aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht über ein Kalibrierwerkzeug geformt wird. Insbesondere wird die Zwischenschicht über einen Stempel geformt. Besonders bevorzugt ist das Kalibrierwerkzeug als ein Werkzeug einer weggebundenen Presse ausgebildet. Durch die weggebundene Presse wird sichergestellt, dass die Schichtdicke oder die Schichtdickenverteilung reproduzierbar in dem gleichen Abstand von dem Grundkörper, insbesondere zu der Lagersitzfläche, umgesetzt wird. Alternativ kann die Schichtdickenerzeugung über feste oder einstellbare Anschläge, insbesondere Endanschläge im Werkzeug selbst erfolgen und die Presse in dieser Konfiguration bevorzugt kraftgesteuert oder mit einer nicht geregelten Wegeinstellung betrieben werden. Das Kalibrierwerkzeug kann z.B. über Anschlagflächen verfügen, dann fährt die Presse die Werkzeughälften bis zu einer definierten Werkzeugschließkraft auf Block zusammen. Alternativ weist das Kalibrierwerkzeug keine Anschlagflächen auf, stattdessen fährt die Presse die beiden Werkzeughälften weggesteuert zusammen.
Bei dem Verfahren ist es besonders bevorzugt, dass die Zwischenschicht mit aufgesetztem Kalibrierwerkzeug ausgehärtet wird. Dies kann ein vollständiges Aushärten sein, oder alternativ eine Teilvernetzung, bei der die formbare Masse der Zwischenschicht eine derartige Formstabilität einnimmt, welche ein nachträgliches vollständiges Aushärten außerhalb des Kalibrierwerkzeugs ohne Schichtdickenänderung sicherstellt. Unter der Aussage ohne Schichtdickenänderung ist eine unsystematische, Schichtdickenänderung zu verstehen. Systematische Schichtdickenänderungen sind dagegen kompensierbar und damit zulässig. Dadurch, dass das Kalibrierwerkzeug auf dem Statorlagerpartner aufgesetzt wird, solange die formlose Masse noch pastös, flüssig und/oder viskos ist, kann diese als Zwischenschicht in die gewünschte Form übergeführt werden. Dadurch, dass das Kalibrierwerkzeug aufgesetzt bleibt, bis die Zwischenschicht ausgehärtet ist, werden Rückfederungseffekte minimiert, so dass die Streuung oder etwaige Abweichungen von einer Sollkontur, Schichtdicke oder Schichtdickenverteilung weiter verkleinert werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Wirkfläche des Kalibrierwerkzeugs eine Grundform mit einer zusätzlichen Höhenverteilung aufweist. Bei der Ausbildung als Axiallagervorrichtung ist die Grundform eine Ebene, wobei - wie zuvor beschrieben - eine zusätzliche Höhenverteilung eingebracht sein kann, um z.B. die Ränder der Tragflächen besonders zu gestalten und/oder die Ausbildung der Kanäle zu unterstützen. Für den Fall der Radiallagervorrichtung ist die Wirkfläche des Kalibrierwerkzeugs als eine Zylinderfläche, insbesondere gerade Zylinderfläche, als Grundform ausgebildet, wobei auch hier zusätzliche Höhenverteilung vorgesehen sein können, um wie bei der Axiallagervorrichtung eine weitere Kontur in die Zwischenschicht einzubringen.
Zusammenfassend können somit mehrere Zusatzmaßnahmen gewählt werden, um die Strukturierung der Steifigkeit und/oder Dämpfung, insbesondere die Dickenstrukturierung und/oder die Verteilung der unterschiedlichen Kunststoffformulierungen, im Speziellen die Erzeugung der Kanäle, zu erreichen. Diese Zusatzmaßnahmen können in einer beliebigen Kombination eingesetzt werden:

- Die Dickenstrukturierung, insbesondere die Erzeugung der Kanäle, kann durch die Verteilung der formlosen Masse beim Auftragen und/oder Verteilen begründet werden.
- Alternativ oder ergänzend kann die Lagersitzfläche in der Flächenerstreckung ein Höhenprofil aufweisen, wobei durch das Höhenprofil die Dickenstrukturierung umgesetzt und/oder ergänzt wird.
- Die Verteilung der unterschiedlichen Kunststoffformulierungen kann durch die Verteilung der formlosen Masse beim Auftragen und/oder Verteilen begründet werden.
- Die Dickenstrukturierung kann alternativ oder ergänzend in dem Kalibrierungsschritt umgesetzt und/oder weitergeführt werden.
- Alternativ oder ergänzend kann die Strukturierung durch Trennmittel erzeugt oder miterzeugt werden, welches ortsverteilt eine Verbindung der Zwischenschicht unter dem Folienabschnitt mit der Lagersitzfläche und/oder dem Folienabschnitt verhindert.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung von einer aerodynamischen Lagervorrichtung ausgebildet als Axiallagervorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von einem Statorlagerpartner der aerodynamischen Lagervorrichtung in der 1;
3 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von einem Grundkörper der aerodynamischen Lagervorrichtung der vorhergehenden Figuren;
4 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Herstellungsverfahrens des Statorlagerpartners als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 den Statorlagerpartner aus der 2 mit schematisch dargestellten Verteilungen der formlosen Masse und/oder der Zwischenschicht mit Kanälen als eine Wärmeabführmöglichkeit;
6 eine schematische Schnittdarstellung von einer aerodynamischen Lagervorrichtung ausgebildet als Radiallagervorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 eine schematische Draufsicht auf einen Folienabschnitt des Statorlagerpartners der vorhergehenden Figuren;
8 ein schematischer Querschnitt durch den Statorlagerpartner im Innenbereich des Folienabschnitts.

Die 1 zeigt in einer stark schematisiert dargestellten Darstellung eine aerodynamische Lagervorrichtung 1, wobei die aerodynamische Lagervorrichtung 1 als eine Axiallagervorrichtung ausgebildet ist.
Die aerodynamische Lagervorrichtung 1 weist einen Läuferlagerpartner 2 auf, wobei der Läuferlagerpartner 2 mit einer Welle 3 oder einem anderen rotierenden Element drehfest verbunden ist, so dass der Läuferlagerpartner 2 gemeinsam mit der Welle 3 rotiert. Ferner weist die aerodynamische Lagervorrichtung 1 einen Statorlagerpartner 4 auf. Der Läuferlagerpartner 2 und der Statorlagerpartner 4 rotieren relativ zueinander um eine gemeinsame Rotationsachse 5. Genauer betrachtet ist der Statorlagerpartner 4 stationär angeordnet und der Läuferlagerpartner 2 rotiert um die Rotationsachse 5.
Der Statorlagerpartner 4 weist mehrere Folienabschnitte 6 auf, welche eine Folienfläche 7 mit mehreren Tragflächen 10 bilden, welche sich gleichgerichtet zu einer Radialebene zu der Rotationsachse 5 erstreckt. Der Läuferlagerpartner 2 weist dagegen eine Läuferfläche 8 auf, wobei die Läuferfläche 8 in einer radialen Ebene zu der Rotationsachse verläuft bzw. sich erstreckt. Die Folienfläche 7 und die Läuferfläche 8 bilden Notlagerflächen für die als Axiallagervorrichtung ausgebildete aerodynamische Lagervorrichtung 1. Insbesondere bilden die Folienfläche 7 und/oder die Läuferfläche 8 jeweils eine Kreisringfläche, wobei die Kreisringflächen in axialer Draufsicht großteils deckungsgleich angeordnet sind.
Zwischen der Folienfläche 7 und der Läuferfläche 8 bildet sich spätestens im Betrieb der Lagervorrichtung 1 ein Zwischenspalt 9 aus, in dem ein aerodynamischer Gasfilm auftritt, so dass der Läuferlagerpartner 2 auf dem Gasfilm reibungsarm und zum Statorlagerpartner 4 berührungslos ablaufen kann. Der Zwischenspalt 9 ist beispielsweis kleiner als 30 µm ausgebildet. Die Lagervorrichtung 1 ist als eine selbstaufschwimmende Lagervorrichtung 1 ausgebildet, welche den Gasfilm selbstständig, ohne aktive Gaszufuhr von außen durch die Rotation des Läuferlagerpartners 2 erzeugt.
Die 2 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung von dem Statorlagerpartner 4. Der Statorlagerpartner 4 weist eine Mehrzahl der Folienabschnitte 6 auf, wobei die Folienabschnitte 6 als Segmente von einem Kreisring auf dem Statorlagerpartner 4 ausgebildet sind. Durch die Folienabschnitte 6 wird in der Gesamtheit die Folienfläche 7 gebildet. Jeder der Folienabschnitte 6 bildet eine Tragfläche 10. Die Folienabschnitte 6, insbesondere die Tragflächen 10, und damit die Folienfläche 7 sind bzw. ist in Richtung zu dem Läuferlagerpartner 2 optional elastisch vorgespannt und/oder in Gegenrichtung, insbesondere in Lagerrichtung, elastisch nachgiebig ausgebildet. Mittig ist eine Durchgangsöffnung 11 vorgesehen, am Außenumfang sind Befestigungsorgane 12 zur stationären Festlegung des Statorlagerpartners 4 angeordnet. Der Statorlagerpartner 4 kann über die Befestigungsorgane 12 radial und in Umfangsrichtung fest mit einer Umgebungskonstruktion verbunden oder wahlweise mittels Zylinderstifte innerhalb der konstruktiv festgelegten Bewegungsgrenzen schwimmend festgelegt werden.
3 zeigt einen Grundkörper 13 des Statorlagerpartners 4, wobei der Grundkörper 13 als eine Ringscheibe mit der Durchgangsöffnung 11 und mit den Befestigungsorganen 12 ausgebildet ist. Die Zwischenschicht 16 ist zwischen dem Grundkörper 13 und den Folienabschnitten 6 angeordnet. Während in der 3 eine Lagersitzfläche für die Zwischenschicht 16 eben dargestellt ist, kann bei anderen Ausführungsbeispielen die Lagersitzfläche auch eine zusätzliche Höhenverteilung aufweisen, so dass die Formung der Zwischenschicht 16 zu einer Schichtdickenverteilung mit ortsabhängiger Schichtdicke und/oder zu einer Dickenstrukturierung führen kann.
Die 4 offenbart ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung des Statorlagerpartners 4:

In einem Schritt 100 wird auf den Grundkörper 13, insbesondere auf eine Lagersitzfläche, eine formlose Masse 15 aufgebracht und nachfolgend in einem Schritt 200 eine Deckfolie 14 aufgesetzt. Die Deckfolie 14 weist die Folienabschnitte 6 und damit auf der Oberseite die Folienfläche 7 und/oder die Tragflächen 10 auf. Die formlose Masse 15 bildet dann die Zwischenschicht 16 zwischen der Deckfolie 14 und/oder den Folienabschnitten 6 und dem Grundkörper 13. Alternativ hierzu kann die formlose Masse 15 auch auf die Deckfolie 14 oder zwischen Grundkörper 13 und Deckfolie 14 aufgebracht werden.

Die formlose Masse 15 und/oder die Zwischenschicht 16 weist wärmeleidende Partikel auf, welche beispielsweise homogen verteilt sind und welche eine erste mögliche Wärmeabführmöglichkeit von Wärme aus der Lagervorrichtung 1 über die Zwischenschicht 16 zu dem Grundkörper 13 oder in einen Randbereich also aus der Zwischenschicht 16 und damit aus der Lagervorrichtung 1 - bilden. Insbesondere ist das verwendete Material der Zwischenschicht mit wärmeleitenden Partikeln gefüllt (z.B. bekannt von Wärmeleitpasten und sog. Gapfillern zur Kühlung von Elektronikbauteilen), so dass dadurch die von der Topfoil und/oder dem Folienabschnitt 6 aufgenommene Wärme schnell in Richtung Grundkörper 13 und/oder einem Verdichtergehäuse abgeleitet werden kann. Insbesondere weist die Zwischenschicht eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,8 W/(m K), insbesondere von mindestens 10 W/(m K) auf. Beispielsweise sind die wärmeleitenden Partikel als Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrit, Bornitrit oder Siliziumkarbid ausgebildet. Alternativ oder ergänzend sind die wärmeleitenden Partikel als metallische Partikel, insbesondere umfassend Aluminium, Kupfer und/oder Eisen etc. realisiert. Alternativ oder ergänzend können die wärmeleitenden Partikel als Kohlenstoffpartikel realisiert sein.
Für die elastische Zwischenschicht kann ein hochtemperaturbeständiges Silikon verwendet wird (bekannt von Backformen). Silikone sind für Dauerbetriebstemperaturen bis 250...300°C geeignet und liegen damit deutlich über dem Bereich für Elastomere wie FKM/FPM.
Die formlose Masse 15 befindet sich zunächst in einem flüssigen, pastösen und/oder viskosen Zustand. Durch das Aufsetzen der Deckfolie 14 erfolgt ein erster Materialfluss der formlosen Masse 15, um die Zwischenschicht 16 zu bilden.
In einem Schritt 300 wird die Folienfläche 7, insbesondere die Tragflächen 10, relativ zu dem Grundkörper 13 kalibriert, indem die Zwischenschicht 16 geformt, insbesondere nachgeformt wird.
In dem Schritt 300 wird ein Kalibrierwerkzeug 17, welches als ein Stempel ausgebildet ist, verwendet, um den Abstand zwischen der Folienfläche 7, insbesondere den Tragflächen 10, zu dem Grundkörper 13 einzustellen. Hierzu wird der Grundkörper 13 in einem Werkzeugteil 17 angeordnet und das Kalibrierwerkzeug 18 wird in Richtung des Grundkörpers 13 verfahren, so dass eine Wirkfläche 19 des Kalibrierwerkzeugs 18 in Kontakt mit der Deckfolie 14, insbesondere mit den Tragflächen 10 tritt. Die Bewegung des Kalibrierwerkzeugs 17 ist weggebunden. Wahlweise wird dazu eine weggesteuerte Presse verwendet, oder das Werkzeug mit einem festen oder einstellbaren und in Pressrichtung wirksamen Festanschlag versehen, insbesondere wird eine weggebundene Presse verwendet, oder - wie es in der 4 angedeutet ist - das Werkzeugteil 17 weist einen mechanischen Anschlag als Endanschlag auf, so dass der Verfahrweg des Kalibrierwerkzeugs 18 in Richtung des Grundkörpers 13 begrenzt ist. Jedenfalls kann der Abstand zwischen der Deckfolie 14, der Folienabschnitte 6, der Folienfläche 7 bzw. der Tragflächen 10 zu dem Grundkörper 13, insbesondere zu der Lagersitzfläche, hochgenau eingestellt werden. Daraus resultierend wird eine Schichtdicke der Zwischenschicht 16 geformt, so dass diese Schichtdicke auch in der Serienfertigung reproduzierbar eingestellt werden kann.
Nachdem die Zwischenschicht 16 zum einen für die Position der Deckfolie 14, insbesondere der Tragflächen 10, und zum andern für die elastischen Eigenschaften der Folienabschnitte 6, insbesondere der Tragflächen 10, verantwortlich ist, wird durch das Herstellungsverfahren sichergestellt, dass alle Statorlagerpartner 4 die gleiche Position der Deckfolie 14 und die gleichen elastischen Eigenschaften aufweisen, so wie auch alle Tragflächen 10 innerhalb eines Statorlagerpartners 4.
In einem Schritt 400 wird die Zwischenschicht 16 ausgehärtet oder teilausgehärtet, während das Kalibrierwerkzeug 17 den genannten Abstand fixiert. Hierdurch wird ein Zurückfedern des Aufbaus des Statorlagerpartners 4 verhindert. Durch den Schritt 400 wird sichergestellt, dass alle Statorlagerpartner 4 die gleiche Dicke aufweisen.
Während in der 4 eine Wirkfläche 19 des Kalibrierwerkzeugs 18 eben dargestellt ist, kann bei anderen Ausführungsbeispielen die Wirkfläche 19 auch eine zusätzliche Höhenverteilung aufweisen, so dass die Formung der Zwischenschicht 16 zu einer Schichtdickenverteilung mit ortsabhängiger Schichtdicke und/oder zu einer Dickenstrukturierung führen kann.
In der 5 ist in einer schematischen, dreidimensionalen Darstellung der Statorlagerpartner 4 gezeigt, wobei schematisiert dargestellt ist, dass die formlose Masse 15 und die Zwischenschicht 16 in unterschiedlicher Verteilung für die einzelnen Folienabschnitte 6 aufgebracht werden kann. Die jeweiligen formlosen Massen 15 bzw. Zwischenschichten 16 befinden sich unter der Deckfolie 14 bzw. den Folienabschnitten 6 bzw. den Tragflächen 10. Bei einer Umsetzung weist jedes Segment die gleiche Verteilung auf. Mit dem Bezugszeichen 20 ist eine Verteilung gezeigt, bei der die Zwischenschicht 16 unter dem Folienabschnitt 6 bzw. der Tragfläche 10 gleichmäßig, vollflächig verteilt ist. Mit dem Bezugszeichen 30 ist eine Verteilung gezeigt, wobei nur ein Teil, insbesondere nur eine Hälfte der verfügbaren Fläche, insbesondere nur der Bereich unter der Tragfläche 10 unter dem Folienabschnitt 6 bzw. der Tragfläche 10 mit der formlosen Masse 15 bzw. der Zwischenschicht 16 belegt ist. Mit dem Bezugszeichen 40 ist eine Verteilung gezeigt, wobei die formlose Masse 15 bzw. die Zwischenschicht 16 in unterschiedlich breite radiale Linien unter dem Folienabschnitt 6 bzw. der Tragfläche 10 verteilt ist. Mit dem Bezugszeichen 50 ist eine Verteilung gezeigt, wobei die formlose Masse 15 auf unterschiedliche in Umlaufrichtung verlaufende Linien unter dem Folienabschnitt 6 bzw. der Tragfläche 10 verteilt ist. Mit dem Bezugszeichen 60 ist eine Verteilung gezeigt, wobei die formlose Masse 15 unter dem Folienabschnitt 6 bzw. der Tragfläche 10 in einem Punktmuster aufgebracht ist. Mit dem Bezugszeichen 70 ist eine Verteilung gezeigt, wobei die formlose Masse 15 in eine Vielzahl von Formbereichen, hier Sternbereichen, unter dem Folienabschnitt 6 bzw. der Tragfläche 10 aufgebracht ist.
In den Segmenten sind Kanäle 27 eingezeichnet, welche eine strömungstechnische Verbindung in der Zwischenschicht 16 schaffen. Die Kanäle 27 können als Einzelkanäle ausgebildet sein, welche sich in radialer Richtung oder Umlaufrichtung erstrecken. Diese können sich auch in Zick-Zack-Form oder mäandernd erstrecken, wie dies in dem Segment mit dem Bezugszeichen 50 dargestellt ist. Es ist auch möglich, dass die Kanäle 27 sich über mehrere Folienabschnitte erstrecken. In dem Segment mit dem Bezugszeichen 60 sind Kanäle 27 gezeigt, die ein Kanalnetz bilden. Die Kanäle 27 können auch Verbreiterungen aufweisen. Durch die Kanäle 27 kann im Betrieb der Lagervorrichtung 1 Gas fließen, so dass die Zwischenschicht 16 und damit die Lagervorrichtung 1 aktiv gekühlt ist und eine weitere Wärmeabführmöglichkeit aufweisen kann.
Das Gas kann aus dem Gasfilm zwischen dem Läuferlagerpartner 2 und dem Statorlagerpartner 4 stammen. Zur strömungstechnischen Kopplung mit dem Gasfilm kann die Deckfolie 14 entsprechende Durchlässe 28 aufweisen, wie dies in der 3 stark schematisiert dargestellt ist. Diese sind insbesondere so angeordnet, dass diese mit Gas aus dem Gasfilm versorgt werden. Die Durchlässe 28 können in Zwischenbereichen in Umlaufrichtung zwischen den Folienabschnitten 6, radial außen und/oder radial innen zu den Folienabschnitten 6 angeordnet sein. Alternativ sind diese an einem Innenumfang und/oder an einem Außenumfang des Statorlagerpartner 4 angeordnet. Insbesondere ist die elastische Zwischenschicht 16 geometrisch derart gestaltet, dass sich Freiräume und/oder Kanäle ergeben, welche durch die von der Wellenrotation verwirbelte Luft oder einem aktiv zugeführtem Gas-Kühlstrom durchströmt werden können. Alternativ kann das Gas aus einem vom Verdichter selbst erzeugten Luftstrom stammen und dafür mittels eines Bypasses abgezweigt werden. Bei dieser Ausgestaltung wird die Kühlluft den Kanälen 27 bevorzugt durch Anblasen der Randbereiche der Zwischenschicht 16 oder über im Grundkörper 13 befindliche Durchlässe 28 zugeführt.
Neben einer Variation der örtlichen Verteilung der Menge der formlosen Masse 15 ist es auch möglich, eine örtliche Verteilung hinsichtlich der Materialauswahl umzusetzen. So ist es denkbar bei jedem Segment zwei oder mehr unterschiedliche Werkstoffformulierungen zu verwenden. So kann bei der Verteilung mit dem Bezugszeichen 20 zwei unterschiedliche Werkstoffformulierungen entweder in unterschiedlichen Lagen und/oder nebeneinander vorgesehen sein. Mit der unterschiedlichen Verteilung sowie den unterschiedlichen Werkstoffformulierungen kann eine beliebige Charakteristik für die elastischen Eigenschaften der Zwischenschicht 16 erreicht werden.
Die 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer aerodynamischen Lagervorrichtung 1, wobei diese als eine Radiallagervorrichtung ausgebildet ist. Die aerodynamische Lagervorrichtung 1 weist als Grundkörper 13 einen Außenring auf, wobei an dem Innenumfang des Grundkörpers 13 eine Zwischenschicht 16 sowie eine Deckfolie 14 mit Folienabschnitten 6, die jeweils eine Tragfläche 10 und gemeinsam eine Folienfläche 7 bilden, angeordnet ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird nach dem gleichen Herstellungsverfahren gearbeitet, wobei nach dem Aufbringen der formlosen Masse 15 als Zwischenschicht 16 zwischen dem Grundkörper 13 und der Deckfolie 14 der Kalibrierungsschritt 300 erfolgen kann. Allerdings ist das Kalibrierwerkzeug 18 mit einer zylinderförmigen Außenfläche als Wirkfläche ausgebildet, um einen definierten Abstand zwischen der Deckfolie 14, insbesondere der Folienfläche 7 und/oder den Tragflächen 10 zum Grundkörper 13 einzustellen. In gleicher Weise wie bei der Axiallagervorrichtung können bei der Radiallagervorrichtung unterschiedliche Verteilungen der formlosen Masse 15, unterschiedliche Materialien, insbesondere Werkstoffformulierungen, oder in dem Kalibrierwerkzeug 18 eine weitere Höhenverteilung verwendet werden. Nachfolgend kann die Zwischenschicht 16 in einem Schritt 400 ausgehärtet werden, so dass der definierte Abstand festgehalten wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Zwischenschicht 16 wärmeleitende Partikel wie zuvor beschrieben und/oder Kanäle 27 aufweisen.
Die 7 zeigt eine schematische, axiale Draufsicht auf einen der Folienabschnitte 6, welcher eine Tragfläche 10 als Teil der Folienfläche 7 bildet. Mit gestrichelter Linie ist ein Innenbereich 20 dargestellt, wobei der Innenbereich 20 umlaufend beabstandet zu einem Rand des Folienabschnitts 6 angeordnet ist, so dass sich ein umlaufender Randbereich 21 bildet. In dem Innenbereich 20 ist die Strukturierung der Steifigkeit und/oder Dämpfung angeordnet, welche sich in Flächenerstreckung des Folienabschnitts 6 erstreckt.
Die 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Statorlagerpartner 4 im Bereich von dem Folienabschnitt 6, insbesondere von dem Innenbereich 20, und offenbart beispielhaft und nebeneinandergestellt unterschiedliche Zusatzmaßnahmen zur Erzeugung der Strukturierung der Steifigkeit und/oder Dämpfung in der Zwischenschicht 16.
Gezeigt ist an der Unterseite des Statorlagerpartners 4 der Grundkörper 13 und an der Oberseite der Folienabschnitt 6 im Innenbereich 20, wobei dazwischen die Zwischenschicht 16 angeordnet sind. Randseitig sind jeweils Beispiele gezeigt, wobei die Zwischenschicht 16 durch unterschiedliche Kunststoffformulierungen 22 a und 22 b als mögliche Zusatzmaßnahme gebildet ist. Die Kunststoffformulierungen 22a, b, können sich hinsichtlich des Werkstoffes, etwaiger Füllstoffe, der physikalischen Darstellung, zum Beispiel Schäumung, oder dergleichen, unterscheiden. Auf der linken Seite ist ein Beispielbereich der unterschiedlichen Kunststoffformulierungen 22 a, b gezeigt, wobei die unterschiedlichen Kunststoffformulierungen 22 a, b in der Flächenerstreckung nebeneinander angeordnet sind. Auf der rechten Seite sind die unterschiedlichen Kunststoffformulierungen 22 a, b gezeigt, wobei diese schichtweise oder übereinander angeordnet sind. Es ist möglich, dass auch eine Kombination dieser beiden Anordnungen verwendet wird. Eine Grenzfläche zwischen den unterschiedlichen Kunststoffformulierungen 22 a, b kann eine beliebige Kontur einnehmen. Es ist auch möglich, dass genau oder mehr als zwei unterschiedliche Kunststoffformulierungen 22 a, b eingesetzt werden.
Eine weitere Zusatzmaßnahme kann durch den Einsatz von Trennmitteln 23 umgesetzt sein. In der 8 ist ein derartiges Trennmittel 23 beispielhaft zwischen der Zwischenschicht 16 und dem Folienabschnitt 5 und alternativ oder ergänzend zwischen dem Grundkörper 13 und der Zwischenschicht 16 angeordnet. Ein derartiges Trennmittel 23 kann auch nur auf einer Seite und beliebig verteilt angeordnet sein.
Ferner ist in der 8 ein Bereich mit einer Dickenstrukturierung ausgebildet als eine Dickenvariation gezeigt, wobei zum einen dargestellt ist, dass eine Ausnehmung 24 angrenzend zu dem Folienabschnitt 6 und eine andere Ausnehmung 24 angrenzend an den Grundkörper 13 vorgesehen ist. Prinzipiell ist es auch möglich, eine derartige Ausnehmung 24 in einem Mittelbereich, zum Beispiel als Blase oder dergleichen, vorzusehen. Durch die Dickenänderung, also eine Änderung des Materials zwischen dem Folienabschnitt 6 und der Lagersitzfläche, wird ebenfalls eine Strukturierung der Dämpfung und/oder Steifigkeit erreicht.
Ferner ist eine weitere Zusatzmaßnahme gezeigt, wobei die Lagersitzfläche und/oder der Grundkörper 13 eine Höhenprofilierung 25 aufweist, so das ebenfalls die Dicke der Zwischenschicht 16 zwischen dem Folienabschnitt 6 und dem Grundkörper 13 und/oder der Lagersitzfläche in diesem Fall vergrößert, in anderen Fällen verkleinert werden kann.
Zudem ist eine Zusatzmaßnahme gezeigt, wobei durch ein Kalibrierwerkzeug eine Dickenstrukturierung in Form einer Vertiefung 26 in der Zwischenschicht 16 erreicht wurde, wobei die Vertiefung 26 durch einen vorstehenden Bereich des Kalibrierwerkzeugs erzeugt wurde. In der Darstellung ist die Vertiefung zur Verdeutlichung besonders groß abgebildet.
Die dargestellten Zusatzmaßnahmen können in einer beliebigen Kombination dazu eingesetzt werden, die Strukturierung der Dämpfung und/oder Steifheit der Zwischenschicht 16 zu ändern.
Insbesondere wird die Strukturierung so angepasst, um in Teilbereichen unterschiedliche Stützsteifigkeiten und Dämpfungseigenschaften zu erreichen. Der sich durch die dynamische Wellenrotation bildende und lasttragende Gasfilm weist innerhalb der Läuferfläche unterschiedliche Drücke auf, vorstellbar als dreidimensionales Druckgebirge. Damit es z.B. die elastische Topfoil in den Bereichen mit hohem Gasdruck nicht unkontrolliert einsinkt und innerhalb von Teilflächen mit niedrigem Gasdruck es nicht zum Festkörperkontakt (Anschleifen an die Läuferfläche) und damit zu Reibung, Erwärmung und Verschleiß kommt, ist in den Bereichen mit niedrigerem Gasdruck auch die Steifigkeit der elastischen Zwischenschicht niedriger auszuführen als in den Teilflächenbereichen mit hohem Gasdruck (vergleichbar mit einer Mehrzonen-Matratze). Die Steifigkeitsänderung kann sowohl durch die in der Draufsicht (Blick in axialer Richtung auf die Folienfläche) erkennbare geometrische Form der elastischen Zwischenschicht erfolgen (Streifen in Umfangsrichtung, sternförmig angeordnete Streifen, Punkte, sternförmige Punkte, usw.), als auch durch die Verwendung unterschiedlich formulierter Werkstoffe für die einzelnen FlächenTeilbereiche. Zudem kann durch ein verteiltes Auftragen der formlosen Masse vor dem Kalibrieren die Verteilung der formlosen Masse beim Kalibrieren derart beeinflusst werden, dass z.B. einerseits kein überschüssiger Werkstoff aus dem Spalt während des Kalibrierens austritt als auch andererseits in allen erforderlichen Bereichen ausreichend Werkstoff verdrängt wird.
In dem Querschnitt sind die Kanäle 27 schematisch dargestellt, wobei diese als geschlossene Kanäle 27 oder randseitig geöffnete Kanäle 27 ausgebildet sein können. Möglich ist auch, dass die randseitig geöffneten Kanäle 23 mit einem Trennmittel 23 von der Deckfolie 14 und/oder dem Folienabschnitt 6 und/oder von dem Grundkörper 13 abgetrennt sind, um ein Verkleben zu verhindern.
Bezugszeichenliste

1: aerodynamische Lagervorrichtung
2: Läuferlagerpartner
3: Welle
4: Statorlagerpartner
5: Rotationsachse
6: Folienabschnitt
7: Folienfläche
8: Läuferfläche
9: Zwischenspalt
10: Tragflächen
11: Durchgangsöffnung
12: Befestigungsorgane
13: Grundkörper
14: Deckfolie
15: formlose Masse
16: Zwischenschicht
17: Werkzeugteil
18: Kalibrierwerkzeug
19: Wirkfläche
20: Innenbereich
21: Randbereich
22a, b: Kunststoffformulierungen
23: Trennmittel
24: Ausnehmung
25: Höhenprofilierung
26: Vertiefung
27: Kanal
28: Durchlässe

Claims

Aerodynamische Lagervorrichtung (1) mit einem Läuferlagerpartner (2), wobei der Läuferlagerpartner (2) eine Läuferfläche (8) aufweist, mit einem Statorlagerpartner (4), wobei der Statorlagerpartner (4) einen Grundkörper (13) und mindestens einen Folienabschnitt (6) mit einer Folienfläche (7) zur Ausbildung eines Zwischenspalts (9) zwischen der Läuferfläche (8) und der Folienfläche (7) bei einer Rotation des Läuferlagerpartners (2) relativ zu dem Statorlagerpartner (4) aufweist, wobei die Lagervorrichtung (1) als eine selbstaufschwimmende Lagervorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass diese von dem Ruhezustand durch einen durch Eigenrotation selbst erzeugten Gasfilm in dem Zwischenspalt (9) in einen Betriebszustand übergeht, mit einer elastischen Zwischenschicht (16), wobei der Folienabschnitt (6) über die elastische Zwischenschicht (16) auf dem Grundkörper (13) gelagert ist, wobei die elastische Zwischenschicht aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei mindestens eine Wärmeabführmöglichkeit zur Ableitung von Wärme aus der elastischen Zwischenschicht (16) vorgesehen ist, wobei die Wärmeabführmöglichkeit in dem Kunststoffmaterial angeordnet und/oder integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16) als formlose Masse auf den Grundkörper (13) aufgebracht worden ist.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kunststoffmaterial wärmeleitende Partikel als die Wärmeabführmöglichkeit angeordnet sind.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial als ein hochtemperaturbeständiges Silikon ausgebildet ist.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kunststoffmaterial Kanäle (27) zur Durchströmung mit einem Fluid als die Wärmeabführmöglichkeit angeordnet ist.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (27) zur Durchströmung mit einem Gas aus dem Gasfilm angeordnet und/oder ausgebildet sind.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorlagerpartner (4) Durchlässe (28) zur strömungstechnischen Verbindung der Kanäle (27) mit der Umgebung, insbesondere dem Gasfilm, aufweist.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe (28) zumindest teilweise in der Deckfolie (14) und/oder des Grundkörpers (13) ausgebildet sind.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (27) zur Durchströmung mit einem Gas aus einer Gaszuführung angeordnet und/oder ausgebildet sind.
Aerodynamische Lagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (16) eine Strukturierung der Dämpfung und/oder der Steifigkeit in Flächenerstreckung aufweist, wobei die Kanäle (27) einen Teil der Strukturierung bilden.