DE102022121969A1 - Foil bearing, bearing arrangement and use of the foil bearing therein - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betriff ein Folienlager (1, 1') zur Lagerung einer rotierenden Welle (17), mit einer Lagerbuchse (3) und einer oder mehreren in der Lagerbuchse (3) angeordneten Folien (5,7,31), die dazu eingerichtet sind, sich um die zu lagernde Welle (17) umfänglich derart herum zu erstrecken, dass bei Rotation der Welle (17) ein Luftpolster aufgebaut wird, das die Welle (17) trägt. Es wird vorgeschlagen, dass das Folienlager (1) eine Anzahl von Luftkanälen (15) zur aerostatischen Unterstützung der Welle (17) aufweist, die sich durchgängig durch die Lagerbuchse (3) und die Folien (5, 7, 31) hindurch erstrecken.The invention relates to a foil bearing (1, 1') for supporting a rotating shaft (17), with a bearing bush (3) and one or more foils (5, 7, 31) arranged in the bearing bush (3), which are designed for this purpose , to extend circumferentially around the shaft (17) to be supported in such a way that when the shaft (17) rotates, an air cushion is built up which supports the shaft (17). It is proposed that the film bearing (1) has a number of air channels (15) for aerostatic support of the shaft (17), which extend continuously through the bearing bush (3) and the films (5, 7, 31).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Folienlager zur Lagerung einer rotierenden Welle, mit einer Lagerbuchse und einer oder mehreren in der Lagerbuchse angeordneten Folien, die dazu eingerichtet ist bzw. sind, sich um die zu lagernde Welle umfänglich derart herum zu erstrecken, dass bei Rotation der Welle ein Luftpolster aufgebaut wird, das die Welle trägt.The present invention relates to a film bearing for supporting a rotating shaft, with a bearing bush and one or more films arranged in the bearing bush, which is or are designed to extend circumferentially around the shaft to be supported in such a way that when the shaft rotates an air cushion is built up that supports the wave.
Lager der vorstehend bezeichneten Art sind allgemein bekannt. Diese Lager werden allgemein zur aerodynamischen Lagerung schnell rotierender Wellen, beispielsweise in Turbinen oder Radialverdichtern, eingesetzt, um reibungs- und verschleißarm auch bei mehreren Zehntausend Umdrehungen pro Minute Radialkräfte aufnehmen zu können.Bearings of the type described above are well known. These bearings are generally used for the aerodynamic mounting of rapidly rotating shafts, for example in turbines or radial compressors, in order to be able to absorb radial forces with little friction and wear, even at several tens of thousands of revolutions per minute.
Aerodynamische Lager arbeiten erst dann verschleißfrei, wenn die rotierende Welle eine vorbestimmte Drehzahl, die so genannte Abhebedrehzahl erreicht hat. Vor dem Erreichen dieser Drehzahl kann es zu Kontakt zwischen der Welle und den Folien des Folienlagers kommen, was über die Zeit zu Verschleißerscheinungen führt. Daher eignen sich konventionelle aerodynamische Folienlager nicht gut für Anwendungsfälle, in denen häufige Start- und Stoppvorgänge der rotierenden Welle zwangsweise auftreten, weil die Lebensdauer hierdurch stark verkürzt wird.Aerodynamic bearings only work without wear when the rotating shaft has reached a predetermined speed, the so-called lift-off speed. Before this speed is reached, contact can occur between the shaft and the foils of the foil bearing, which leads to signs of wear over time. Therefore, conventional aerodynamic foil bearings are not well suited for applications in which frequent starting and stopping processes of the rotating shaft inevitably occur, because this significantly shortens the service life.
Dem folgend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Folienlager der eingangs bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehenden Nachteile möglichst weitgehend abgemildert werden. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Folienlager anzugeben, das verschleißärmer betrieben werden kann, ohne die Lagerfähigkeit bei hohen Drehzahlen zu kompromittieren, und welches gleichzeitig weiterhin kostengünstig gefertigt werden kann.The invention was based on the object of improving a film bearing of the type described at the outset in such a way that the above disadvantages are mitigated as much as possible. In particular, the invention was based on the object of specifying a film bearing that can be operated with less wear without compromising the storage capacity at high speeds, and which at the same time can still be manufactured cost-effectively.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe, mit einem Folienlager gemäß Anspruch 1. Insbesondere schlägt die Erfindung bei einem Folienlager der eingangs bezeichneten Art vor, dass das Folienlager eine Anzahl von Luftkanälen zur aerostatischen Unterstützung der Welle aufweist, die sich durchgängig durch die Lagerbuchse und die Folien hindurch erstrecken.The invention solves the underlying problem with a film bearing according to
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass es mittels des Luftkanals möglich wird, gezielt druckbeaufschlagte Luft durch das Lager hindurch bis an die Welle einzublasen und hierdurch die Welle aerostatisch zu stützen, wenn das Lager beziehungsweise die im Lager gelagerte Welle noch nicht die Abhebedrehzahl erreicht hat. Die aerostatische Unterstützung ist nur so lange nötig, bis jenes Ereignis eingetreten ist. Ab Erreichen oder Überschreiten der Abhebedrehzahl kann dann das Folienlager gemäß der Erfindung dank des ausreichend starken Luftpolsters ohne aerostatische Unterstützung weiterbetrieben werden. Man war zuvor davon ausgegangen, dass es nicht möglich sein würde, die aerostatische Lagerung und die aerodynamische Lagerung in einem einzigen Lager zu kombinieren, weil das Vorurteil bestand, dass das Einbringen eines Luftkanals in das Lager das Ausbilden des Luftpolsters verhindern würde. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dies nicht der Fall ist, wenn es gelingt, die Luft derart einzuleiten, dass die Wirkfläche von der Luft erreicht wird. Die Wirkfläche ist die Oberfläche des rotierenden Bauteils, bei einem Radiallager also radial innenliegend.The invention makes use of the knowledge that the air duct makes it possible to specifically blow in pressurized air through the bearing to the shaft and thereby support the shaft aerostatically when the bearing or the shaft mounted in the bearing has not yet reached the lifting speed has. The aerostatic support is only necessary until that event occurs. Once the lift-off speed is reached or exceeded, the film bearing according to the invention can then continue to be operated without aerostatic support thanks to the sufficiently strong air cushion. It was previously assumed that it would not be possible to combine aerostatic storage and aerodynamic storage in a single bearing because of the prejudice that introducing an air duct into the bearing would prevent the formation of the air cushion. However, it has turned out that this is not the case if it is possible to introduce the air in such a way that the effective surface is reached by the air. The effective surface is the surface of the rotating component, i.e. on the radial inside in the case of a radial bearing.
Dadurch, dass ein durchgängiger Luftkanal jeweils durch die Lagerbuchse hindurch bis hin zu dem Bereich verläuft, an dem im montierten Zustand die Welle bzw. das mit der Welle verbundene rotierende Bauteil, mit dem das Lager interagiert, angeordnet ist, wird zugleich auch erreicht, dass die Lagerluft zur aerostatischen Unterstützung direkt da ankommt, wo sie hinsoll, nämlich in einen Ringspalt im Innenraum der Lagerbuchse, der zwischen rotierendem Bauteil und Folie oder Folien verbleibt.The fact that a continuous air duct runs through the bearing bush to the area where the shaft or the rotating component connected to the shaft and with which the bearing interacts is arranged in the assembled state, also ensures that The bearing air for aerostatic support arrives directly where it should go, namely into an annular gap in the interior of the bearing bush, which remains between the rotating component and the film or films.
Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet, indem die Lagerbuchse einen Wandabschnitt aufweist, der einen Lager-Innenraum definiert, wobei die Anzahl Luftkanäle jeweils in den Innenraum münden und, vorzugsweise im Bereich des Wandabschnitts als radiale Durchgangsbohrung, zum Einblasen von Luft in die Lagerbuchse hinein ausgebildet sind.The invention is advantageously further developed in that the bearing bush has a wall section which defines a bearing interior, the number of air channels each opening into the interior and, preferably in the area of the wall section as a radial through hole, are designed for blowing air into the bearing bush .
Vorzugsweise ist das Folienlager ein Radial-Folienlager, und die Anzahl Luftkanäle münden in radialer Richtung in den Innenraum. Es ist alternativ ebenso möglich, die Luftkanäle als Durchgangspassagen auszubilden, die etwa in axialer Richtung in die Lagerbuchse eingeführt werden, und dann im Inneren der Lagerbuchse in Richtung des Innenraums der Lagerbuchs umgelenkt werden, beispielsweise in Form zweier ineinander mündender Sacklöcher, die dann einen winkligen Kanal ausbilden. Das Vorsehen eines durchgängig radialen Kanals in Form einer Durchgangsbohrung hat sich jedoch fertigungstechnisch als vorteilhaft erwiesen.Preferably, the film bearing is a radial film bearing, and the number of air channels open into the interior in a radial direction. Alternatively, it is also possible to design the air channels as through passages, which are inserted into the bearing bush approximately in the axial direction, and are then deflected inside the bearing bush towards the interior of the bearing book, for example in the form of two blind holes opening into one another, which then form an angled one Form channel. However, the provision of a continuous radial channel in the form of a through hole has proven to be advantageous in terms of production technology.
Die Lagerbuchse des Radial-Folienlagers hat folglich eine von einer Außenfläche und einer Innenfläche begrenzte Buchsenwand, die den Wandabschnitt enthält, und die Durchgangsbohrungen der Lagerbuchse erstrecken sich von der Außenfläche bis zu der Innenfläche durch die Buchsenwand beziehungsweise den Wandabschnitt hindurch in den Innenraum der Lagerbuchse.The bearing bushing of the radial foil bearing consequently has a bushing wall delimited by an outer surface and an inner surface, which contains the wall section, and the through holes of the bearing bush extend from the outer surface to the inner surface through the bushing wall or the wall section into the interior of the bearing bush.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Folien jeweils eine zu der Anzahl Luftkanäle korrespondierende Anzahl, vorzugsweise radialer, Durchgangsbohrungen auf, und die Mündungen in der Lagerbuchse und die Durchgangsbohrungen sind zueinander koaxial ausgerichtet. Damit wird die Anzahl durchgehender Luftkanäle von der Lagerbuchse bis zur Welle hin von einer Abfolge koaxialer, benachbarter Durchgänge gebildet. Hiermit wird auch verhindert, dass die durch den Luftkanal geförderte druckbeaufschlagte Luft im Innenraum der Lagerbuchse von außen nach innen gegen eine oder mehrere Folien drückt und diese gegen die Welle presst. Das Ausbilden des Luftpolsters wird begünstigt, und die Folien werden auch im Betriebsmodus des aerostatischen Unterstützens verschleißfrei von der Welle bzw. dem entsprechenden rotierenden Bauteil, welches mit dem Lager interagiert, ferngehalten.In a preferred embodiment, the films each have a number of through-holes, preferably radial ones, corresponding to the number of air channels, and the openings in the bearing bush and the through-holes are coaxially aligned with one another. This means that the number of continuous air channels from the bearing bush to the shaft is formed by a sequence of coaxial, adjacent passages. This also prevents the pressurized air conveyed through the air duct from pressing from the outside inwards against one or more foils in the interior of the bearing bush and pressing them against the shaft. The formation of the air cushion is promoted, and the films are kept away from the shaft or the corresponding rotating component that interacts with the bearing without wear, even in the operating mode of aerostatic support.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen die Lagerbuchse und die unmittelbar benachbarte Folie oder Folien im Bereich der Mündungen über den gesamten Umfang der Durchgangsbohrungen aneinander an, vorzugsweise flächig. Hierdurch wird ein spaltfreier Abschluss zwischen Folie und Lagerbuchse einerseits und zwischen benachbarten Folien andererseits geschaffen, der ein seitliches Ausbrechen der eingeblasenen druckbeaufschlagten Luft verhindert oder zumindest erschwert. Auch dies begünstigt die Verschleißfreiheit im aerostatischen Betriebsmodus wie auch das Ausbilden eines Luftpolsters für den aerodynamischen Betriebsmodus.In a further preferred embodiment, the bearing bush and the immediately adjacent film or films lie against each other in the area of the mouths over the entire circumference of the through holes, preferably flat. This creates a gap-free seal between the film and the bearing bush on the one hand and between adjacent films on the other hand, which prevents or at least makes it more difficult for the blown-in pressurized air to escape to the side. This also promotes freedom from wear in the aerostatic operating mode as well as the formation of an air cushion for the aerodynamic operating mode.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen jeweils unmittelbar benachbarte Folien im Bereich der Durchgangsbohrungen der Folien über ihren gesamten Umfang der Durchgangsbohrungen aneinander an, vorzugsweise flächig.In a further preferred embodiment, immediately adjacent films lie against each other in the area of the through-holes of the films over their entire circumference of the through-holes, preferably flat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist um die Durchgangsbohrungen der Folien über ihren Umfang jeweils eine Ausstülpung ausgebildet, die sich bis zu der jeweils benachbarten Mündung der Lagerbuchse, oder Durchgangsbohrung einer benachbarten Folie, hin erstreckt, vorzugsweise dort hineinerstreckt, und besonders bevorzugt über deren gesamten Umfang anliegt. Hierdurch wird ein seitliches Entweichen von Luft weiter erschwert. Im Fall des Ineinandergreifens wird durch das mechanische Ineinandergreifen der benachbarten Elemente die Montage erleichtert und auch die koaxiale Ausrichtung der Folien relativ zur Mündung des Luftkanals begünstigt.In a further preferred embodiment, a protuberance is formed around the through holes of the foils over their circumference, which extends to the adjacent mouth of the bearing bush, or through hole of an adjacent foil, preferably extends there, and particularly preferably over its entire circumference applied. This makes it even more difficult for air to escape from the sides. In the case of interlocking, the mechanical interlocking of the adjacent elements facilitates assembly and also promotes the coaxial alignment of the films relative to the mouth of the air duct.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haften die Lagerbuchse und die unmittelbar benachbarte Folie oder Folien, und/oder haften jeweils benachbarte Folien im Bereich der Mündungen beziehungsweise Durchgangsbohrungen aneinander, vorzugsweise mittels eines Haftmittels.In a further preferred embodiment, the bearing bushing and the immediately adjacent film or films adhere, and/or adjacent films adhere to one another in the area of the mouths or through holes, preferably by means of an adhesive.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich ein Hülselement, vorzugsweise ein elastisch verformbares Hülselement, von der Mündung aus durch die Durchgangsbohrungen der Folien hindurch. Das Ausbilden eines elastischen Hülselements ist deswegen vorteilhaft, weil die Folien im Betrieb des Lagers aufgrund des Ausbildens des Luftpolsters radial nach Außen gedrückt und dabei in radialer Richtung zusammengepresst werden. Ein elastisches Hülselement kann diese Bewegung mitgehen und stellt im Betrieb des Lagers keine Behinderung des Luftpolsters dar.In a further preferred embodiment, a sleeve element, preferably an elastically deformable sleeve element, extends from the mouth through the through holes in the films. The formation of an elastic sleeve element is advantageous because the films are pressed radially outwards during operation of the bearing due to the formation of the air cushion and are thereby pressed together in the radial direction. An elastic sleeve element can accommodate this movement and does not represent an obstruction to the air cushion during operation of the bearing.
Im Vorstehenden ist hinsichtlich der Luftkanäle und Durchgangsbohrungen jeweils abstrakt von einer Anzahl solcher Elemente gesprochen worden. Unter einer Anzahl wird grundsätzlich eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden.In the foregoing, a number of such elements have been discussed abstractly with regard to the air ducts and through holes. A number is generally understood to mean a singular or a plural.
Besonders bevorzugt weist das Folienlager eine Mehrzahl Luftkanäle auf, besonders bevorzugt drei oder mehr Luftkanäle, wobei die Luftkanäle vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Lagerbuchse verteilt angeordnet sind durch eine gleichmäßige Anordnung der Luftkanäle über den Umfang der Lagerbuchse wird eine gleichmäßige Zufuhr druckbeaufschlagter Luft in den Spalt zwischen Welle und Folien ermöglicht, was die Stützfunktion begünstigt.Particularly preferably, the film bearing has a plurality of air channels, particularly preferably three or more air channels, the air channels preferably being arranged evenly distributed over the circumference of the bearing bush. A uniform arrangement of the air channels over the circumference of the bearing bush ensures a uniform supply of pressurized air into the gap between the shaft and the foils, which promotes the supporting function.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich wenigstens eine innerste Folie über den gesamten Umfang in der Lagerbuchse. Als innerste Folie ist vorzugsweise eine Deckfolie vorgesehen, und unmittelbar benachbart dazu zumindest eine Federfolie, die sich über den gesamten Umfang in der Lagerbuchse erstreckt, wobei die Federfolie vorzugsweise benachbart zu der Innenfläche der Lagerbuchse angeordnet ist. Es können auch eine oder mehrere weitere Folien innerhalb der Folienstruktur vorgesehen werden.In a further preferred embodiment, at least one innermost film extends over the entire circumference in the bearing bush. A cover film is preferably provided as the innermost film, and immediately adjacent thereto at least one spring film which extends over the entire circumference in the bearing bush, the spring film preferably being arranged adjacent to the inner surface of the bearing bush. One or more additional films can also be provided within the film structure.
Die Federfolie ist vorzugsweise als Wellen- beziehungsweise Bump-Folie ausgebildet, oder als Cantilever-Folie. Die Federfolie hat die Funktion, die Folienstruktur in radialer Richtung gegen die Welle vorzuspannen, wenn das Lager sich im Stillstand befindet, und bei zunehmender Drehzahl der Welle in radialer Richtung nachzugeben, so dass sich ein größerer Spalt zwischen der innersten Folie und der Welle ausbilden kann, in dem das Luftpolster entsteht.The spring film is preferably designed as a wave or bump film, or as a cantilever film. The spring foil has the function of prestressing the foil structure in the radial direction against the shaft when the bearing is at a standstill, and of yielding in the radial direction as the speed of the shaft increases, so that a larger gap can form between the innermost foil and the shaft , in which the air cushion is created.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Folien als Foliensegmente des Folienlagers jeweils nur über einen Teil des Umfangs in der Lagerbuchse und überlappen miteinander derart, dass der gesamte Umfang der Lagerbuchse mit den Folien ausgekleidet ist, wobei die Durchgangsbohrungen der Folien jeweils im Überlappungsbereich benachbarter Foliensegmente angeordnet sind.In a further preferred embodiment, the foils as foil segments of the foil bearing each extend over only part of the circumference in the bearing bush and overlap with each other nander such that the entire circumference of the bearing bush is lined with the foils, with the through holes of the foils each being arranged in the overlap area of adjacent foil segments.
Diese Lagerform wird auch als Leaf-Type-Lager bezeichnet. Das Anordnen der Durchgangsbohrungen der Folien im Überlappungsbereich birgt den konstruktiven Vorteil, dass die Folien dort bereits sehr eng aneinander liegen aufgrund ihres Konstruktionsprinzips, so dass ein glatter Durchgang der eingeblasenen Luft radial nach Innen auch ohne besondere Dichtungsmaßnahmen gut gelingen kann.This type of bearing is also known as leaf-type bearing. Arranging the through holes of the foils in the overlap area has the constructive advantage that the foils are already very close to one another due to their design principle, so that a smooth passage of the blown-in air radially inwards can be achieved without any special sealing measures.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Folienlagers sind die Folien im Bereich der Durchgangsbohrungen der Folien beziehungsweise der Mündung der Lagerbuchse derart aneinander anliegend beziehungsweise an der Lagerbuchse anliegend ausgebildet, dass sie bei Beaufschlagung der Anzahl Luftkanäle mit druckbeaufschlagter Luft gegeneinander gepresst werden. Hierdurch wird ein seitliches Entweichen der eingeblasenen Lagerluft noch stärker eingeschränkt, was die Effizienz der Stützfunktion im aerostatischen Betriebsmodus weiter verbessert.In a further preferred embodiment of the film bearing, the films in the area of the through holes of the films or the mouth of the bearing bush are designed to rest against one another or to rest against the bearing bush in such a way that they are pressed against one another when pressurized air is applied to the number of air channels. This further restricts lateral escape of the injected bearing air, which further improves the efficiency of the support function in the aerostatic operating mode.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Lagerbuchse, vorzugsweise in einer Außenfläche, eine Nut auf, welche die Luftkanäle miteinander fluidleitend verbindet. Hierdurch wird es möglich, der Lagerbuchse zentralisiert über eine oder eine geringe Anzahl von Zuführöffnungen Luft zuzuführen, indem nicht die Luftkanäle direkt, sondern stattdessen die Nut mit druckbeaufschlagter Luft versorgt wird, und sich dann die druckbeaufschlagte Luft über die Nut in die Luftkanäle verteilt.In a further preferred embodiment, the bearing bushing has a groove, preferably in an outer surface, which connects the air channels to one another in a fluid-conducting manner. This makes it possible to supply air to the bearing bush in a centralized manner via one or a small number of supply openings by not supplying the air channels directly, but instead supplying the groove with pressurized air, and then the pressurized air is distributed via the groove into the air channels.
Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf das Folienlager selbst beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner auch eine Lageranordnung für einen Verdichter, insbesondere für einen Radialverdichter eines Brennstoffzellensystems eines Nutzfahrzeugs, mit einem Lagerbock, einem Folienlager mit einer Lagerbuchse, welche in den Lagerbock eingesetzt ist, und einer mittels des Folienlagers gelagerten Welle.The invention has been described above with reference to the foil bearing itself. In a further aspect, the invention also relates to a bearing arrangement for a compressor, in particular for a radial compressor of a fuel cell system of a commercial vehicle, with a bearing block, a film bearing with a bearing bush which is inserted into the bearing block, and a shaft mounted by means of the film bearing.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einer solchen Lageranordnung, indem das Folienlager nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Folienlager eine Nut in der Lagerbuchse aufweist, und der Lagerbock einen, vorzugsweise genau einen, Luftzufuhrkanal aufweist, der in der Nut mündet.The invention solves the underlying problem in such a bearing arrangement in that the film bearing is designed according to one of the preferred embodiments described above, the film bearing preferably having a groove in the bearing bush, and the bearing block having one, preferably exactly one, air supply channel which is in the groove opens.
Der Luftzufuhrkanal kann sich ebenfalls in radialer Richtung durch den Lagerbock hindurch erstrecken, kann aber, wie letztendlich der Luftkanal in der Lagerbuchse auch, in abweichenden Richtungen verlaufen. Dies hängt auch von den Einbauerfordernissen der Lageranordnung ab, etwa in einem Verdichter.The air supply channel can also extend in the radial direction through the bearing block, but, like the air channel in the bearing bush, can also run in different directions. This also depends on the installation requirements of the bearing arrangement, for example in a compressor.
Die Lageranordnung des zweiten Aspekts macht sich dieselben Vorteile zunutze die das Folienlager gemäß dem ersten Aspekt. Bevorzugte Ausführungsformen des Folienlagers des ersten Aspekts sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen der Lageranordnung und umgekehrt, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.The bearing arrangement of the second aspect takes advantage of the same advantages as the foil bearing according to the first aspect. Preferred embodiments of the film bearing of the first aspect are at the same time preferred embodiments of the bearing arrangement and vice versa, which is why reference is made to the above statements to avoid repetition.
Die Erfindung betrifft ferner auch die Verwendung eines Folienlagers, insbesondere nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, zum Lagern einer Welle in einem Verdichter, insbesondere in einer Lageranordnung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Folienlager wahlweise in einem ersten, aerostatischen, Betriebsmodus und/oder in einem zweiten, aerodynamischen, Betriebsmodus verwendet wird.The invention also relates to the use of a film bearing, in particular according to one of the preferred embodiments described above, for supporting a shaft in a compressor, in particular in a bearing arrangement according to one of the embodiments described above, wherein the film bearing is optionally in a first, aerostatic, operating mode and /or is used in a second, aerodynamic, operating mode.
Ein besonderer Vorteil des Folienlagers gemäß der Erfindung zeigt sich gerade in der Verwendung. Es kann ein und dasselbe Folienlager sowohl zur aerostatischen Lagerung als auch zur aerodynamischen Lagerung verwendet werden. Es müssen, falls beide Lagerarten zum Tragen der Welle notwendig oder erwünscht sind, nicht zwei verschiedene Lageranordnungen vorgesehen werden, eine aerostatische Lageranordnung und eine separate aerodynamische Lageranordnung, sondern es kann ein und dasselbe Lager für beide Lageraufgaben in unterschiedlichen Betriebsmodi verwendet werden. Das verringert den notwendigen Bauraum für die Lagerung, reduziert das Gewicht der Lageranordnung und des Verdichters, und erhöht zugleich die Lebensdauer der Folien des Folienlagers.A particular advantage of the foil bearing according to the invention is evident in its use. One and the same foil bearing can be used for both aerostatic storage and aerodynamic storage. If both types of bearings are necessary or desired for supporting the shaft, it is not necessary to provide two different bearing arrangements, an aerostatic bearing arrangement and a separate aerodynamic bearing arrangement, but one and the same bearing can be used for both bearing tasks in different operating modes. This reduces the space required for storage, reduces the weight of the bearing arrangement and the compressor, and at the same time increases the service life of the foil bearing.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht durch ein Folienlager gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 eine Detailansicht zu einem Folienlager gemäß1 , -
3 eine Querschnittsansicht durch ein Folienlager gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und -
4 eine Querschnittsansicht durch eine Lageranordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, geeignet zum Einsatz eines Lagers gemäß einer der1 - 3 .
-
1 a cross-sectional view through a film bearing according to a first exemplary embodiment, -
2 a detailed view of a foil warehouse according to1 , -
3 a cross-sectional view through a film bearing according to a second exemplary embodiment, and -
4 a cross-sectional view through a bearing arrangement according to a preferred Embodiment, suitable for using a bearing according to one of1-3 .
Die in den Figuren gezeigten und nachfolgend beschriebenen Folienlager sind jeweils Radial-Folienlager. Die Erfindung betrifft indes auch Axial-Folienlager, bei denen die Lagerluft nicht in radialer Richtung eingeblasen wird, sondern in axialer Richtung, und ein Ausbilden des Luftspalts zwischen der Laufscheibe und der bzw. den Lagerfolien unterstützt. Die vorstehend allgemein und nachfolgend an den konkreten Figuren beschriebenen Prinzipien sind erfindungsgemäß auch auf jene Lager anzuwenden.The foil bearings shown in the figures and described below are each radial foil bearings. The invention also relates to axial foil bearings, in which the bearing air is not blown in in the radial direction, but in the axial direction, and supports the formation of the air gap between the running disk and the bearing foil(s). The principles described above in general and below in the specific figures can also be applied to those bearings according to the invention.
Dies vorausgeschickt, zeigt
Das Folienlager 1 weist eine Mehrzahl von Luftkanälen 15 auf, die sich durchgängig durch die Lagerbuchse 3, die erste Folie 5 und zweite Folie 7 hindurch erstrecken. Durch die Luftkanäle 15 kann druckbeaufschlagte Luft L in einen Innenraum 18 Innere des Folienlagers hineingeblasen werden, an den Folien 5,7 vorbei bis in einen Ringspalt 19 zwischen einer zu lagernden Welle 17 und der Deckfolie 5. Der Aufbau der Luftkanäle 15 ist in
Optional ist für eine weitere Verbesserung der Strömungsführung der druckbeaufschlagten Luft L ein Hülselement 29 im Luftkanal 15 angeordnet, welches sich vom Bereich der Mündung 21 bis in den inneren Ringspalt 19 erstreckt und auch die Durchgangsbohrungen 23, 27 der ersten und zweiten Folie 5,7 durchtritt, um ein seitliches Abströmen der druckbeaufschlagten Luft L zusätzlich zu erschweren. Das Hülselement 29 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material ausgebildet, um etwaige Kompressionsbewegungen der Folien, insbesondere der Federfolie 7, im Betrieb mitgehen zu können.Optionally, to further improve the flow guidance of the pressurized air L, a
Sofern die Folien ausreichend verformbar sind, können die Durchgangsbohrungen mittels ihrer Ausstülpungen, die etwa durch Stanzen erzeugt werden können, und/oder mittels eines Haftmittels, aber auch gut ohne ein Hülselement aneinander angeordnet werden. Ein hermetischer Abschluss an den Durchgangsbohrungen ist nicht erforderlich, es hat sich herausgestellt, dass es genügt, wenn ein Hauptteil der eingeblasenen Luft durch die Durchgangsbohrungen hindurch strömt.If the films are sufficiently deformable, the through holes can be arranged together by means of their protuberances, which can be produced, for example, by punching, and/or by means of an adhesive, but also without a sleeve element. A hermetic seal at the through-holes is not necessary; it has been found that it is sufficient if a majority of the blown-in air flows through the through-holes.
In
Auch das Folienlager 1' gemäß
Dadurch, dass die Luftkanäle 15 im Überlappungsbereich 33 zwischen benachbarten Folien 31 angeordnet sind, ist gewährleistet, dass die im Ruhezustand elastisch gegen die Welle 17 vorgespannten Folien 31 eng aneinander liegen, und die in den Luftkanal 15 eingeblasene Luft L nicht zur Seite entweicht, sondern direkt bis in den Ringspalt 19 zwischen der Welle 17 und den Folien 31 hindurchgelangen kann. Je nach Länge der Folien 31 kann es wie im gezeigten Ausführungsbeispiel der
Zur Verteilung der druckbeaufschlagten Luft L weist die Lagerbuchse 3 vorzugsweise eine Nut 37 auf, die sich umlaufend an der Außenfläche 9 der Lagerbuchse 3 erstreckt und die Luftkanäle 15 fluidleitend miteinander verbindet. Auf diese Weise kann konstruktiv einfach sichergestellt werden, dass die in den Luft-Zufuhrkanal 41 eingeführte druckbeaufschlagte Luft L sich umfänglich verteilt und in die Luftkanäle 15 eintreten kann. Auf diese Weise kann beim Starten der Drehbewegung der Welle 17 in einem ersten Betriebsmodus mittels Luftzufuhr eine aerostatische Unterstützung des Lagers durchgeführt werden, so dass Verschleiß an den empfindlichen Folien 5, 7, 31 minimiert wird. Beim Erreichen der Abhebedrehzahl, oder bei Eintreten anderer Betriebskriterien, kann in einem zweiten Betriebsmodus die aerostatische Unterstützung beendet werden, weil sich ab jenem Zeitpunkt ein Luftpolster zwischen der Welle und den Folien 5, 31 ausbildet, welches die Welle 17 trägt.To distribute the pressurized air L, the bearing
Wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, schlägt die Erfindung ein Folienlager vor, welches zur hybriden Verwendung im aerostatischen und im aerodynamischen Betrieb geeignet ist, und welches sich gegenüber klassischen aerodynamischen Lagern zur Verschleißminimierung im Anfahrvorgang und Auslaufvorgang besonders anbietet.As can be seen from the above explanations, the invention proposes a film bearing which is suitable for hybrid use in aerostatic and aerodynamic operation, and which is particularly suitable for minimizing wear in the start-up and run-down process compared to classic aerodynamic bearings.
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung):Reference symbols (part of the description):
- 1, 1'1, 1'
- FolienlagerFoil bearing
- 33
- LagerbuchseBearing bushing
- 55
- Folie: DeckfolieFilm: cover film
- 77
- Folie: FederfolieFoil: spring foil
- 99
- Außenfläche, LagerbuchseOuter surface, bearing bush
- 1111
- Innenfläche, LagerbuchseInner surface, bearing bush
- 1212
- innerer Umfang, Lagerbuchse,inner circumference, bearing bush,
- 1313
- Wandabschnitt, LagerbuchseWall section, bearing bush
- 1515
- LuftkanalAir duct
- 1717
- WelleWave
- 1818
- Lager-InnenraumWarehouse interior
- 1919
- RingspaltAnnular gap
- 2121
- Mündungmouth
- 2222
- Umfang, Mündung/Durchgangsbohrung (Federfolie)Circumference, mouth/through hole (spring foil)
- 2323
- Durchgangsbohrung, FederfolieThrough hole, spring foil
- 2424
- Ausstülpung, FederfolieProtuberance, spring foil
- 2525
- KanteEdge
- 2626
- Ausstülpung, DeckfolieProtuberance, cover film
- 2727
- Durchgangsbohrung, DeckfolieThrough hole, cover film
- 2828
- Umfang, Durchgangsbohrung (Deckfolie)Circumference, through hole (cover film)
- 2929
- Hülselementsleeve element
- 3131
- FoliensegmentFoil segment
- 3333
- Überlappungsbereich, SegmentfolienOverlap area, segment foils
- 3535
- Durchgangsbohrung, SegmentfolieThrough hole, segment film
- 3737
- NutNut
- 3939
- Lagerbockbearing block
- 4141
- Luft-ZufuhrkanalAir supply duct
- 100100
- LageranordnungStorage arrangement
- LL
- druckbeaufschlagte Luftpressurized air
- RR
- Radial-AchseRadial axis
Claims (16)
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---|---|---|---|
DE102022121969.0A DE102022121969A1 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Foil bearing, bearing arrangement and use of the foil bearing therein |
PCT/EP2023/072737 WO2024046779A1 (en) | 2022-08-31 | 2023-08-17 | Foil bearing, bearing assembly, and use of the foil bearing in the bearing assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022121969.0A DE102022121969A1 (en) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | Foil bearing, bearing arrangement and use of the foil bearing therein |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5885004A (en) | 1997-11-12 | 1999-03-23 | Boeing North America, Inc. | Hydrostatically supported foil bearing |
US20050013515A1 (en) | 2003-07-14 | 2005-01-20 | Honda Motor Co. Ltd. | Foil bearing |
US20150369294A1 (en) | 2013-02-06 | 2015-12-24 | Liebherr-Aerospace Toulouse Sas | Ventilated aerodynamic foil bearing |
CN112324803A (en) | 2020-10-26 | 2021-02-05 | 珠海格力电器股份有限公司 | Air suspension bearing, motor rotating shaft supporting system, motor and control method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8500331B2 (en) * | 2009-01-26 | 2013-08-06 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Hybrid air foil bearing and method of manufacture |
US9976595B2 (en) * | 2015-08-21 | 2018-05-22 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Hybrid foil bearings having integrated gas flow paths |
DE102018222607A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Foil storage |
-
2022
- 2022-08-31 DE DE102022121969.0A patent/DE102022121969A1/en active Pending
-
2023
- 2023-08-17 WO PCT/EP2023/072737 patent/WO2024046779A1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5885004A (en) | 1997-11-12 | 1999-03-23 | Boeing North America, Inc. | Hydrostatically supported foil bearing |
US20050013515A1 (en) | 2003-07-14 | 2005-01-20 | Honda Motor Co. Ltd. | Foil bearing |
US20150369294A1 (en) | 2013-02-06 | 2015-12-24 | Liebherr-Aerospace Toulouse Sas | Ventilated aerodynamic foil bearing |
CN112324803A (en) | 2020-10-26 | 2021-02-05 | 珠海格力电器股份有限公司 | Air suspension bearing, motor rotating shaft supporting system, motor and control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024046779A1 (en) | 2024-03-07 |
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