DE102022210798A1

DE102022210798A1 - Folie für ein Axialfolienlager, Axialfolienlager und Verdichter mit Axialfolienlager

Info

Publication number: DE102022210798A1
Application number: DE102022210798.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Mayer; Felix Foerster; Felix Wiedmann; Thomas Lang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2024-04-18
Also published as: WO2024078773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerfolie (36) für ein Axialfolienlager (32) zur drehbaren Lagerung einer Welle (22), wobei die Lagerfolie (36) mehrere über deren Umfang verteilt angeordnete elastische Foliensegmente (42) aufweist. Jedes Foliensegment (42) ist über einen Haltearm (44) mit einem die Foliensegmente (42) über deren Außenumfang umgebenden Haltering (40) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Folie für ein Axialfolienlager nach der Gattung des Anspruchs 1, ein Axialfolienlager mit einer solchen Folie und einen Verdichter mit einem solchen Axialfolienlager.
Stand der Technik
Eine solche Folie, ein solches Axialfolienlager und ein Verdichter mit einem solchen Axialfolienlager ist durch die DE 10 2019 202 573 A1 bekannt. Das Axial-Folienlager dient zur drehbaren Lagerung einer Welle. Dieses Axialfolienlager weist eine erste Folie, eine sogenannte Deckfolie, auf, die mit einem an der Welle angeordneten Axial-Lagerbund zusammenwirkt. Die erste Folie wird durch eine auf der dem Axial-Lagerbund abgewandten Seite angeordnete zweite Folie, eine sogenannte Federfolie, zum Axial-Lagerbund hin beaufschlagt. Die erste Folie weist mehrere über ihren Umfang verteilt angeordnete federnde Foliensegmente auf. Die Foliensegmente sind dabei durch zwischen diesen angeordnete Schlitze voneinander getrennt. Die Ausbildung der ersten Folie mit den getrennten Foliensegmenten ermöglicht in begrenztem Ausmaß eine flexible Beweglichkeit der Foliensegmente, die jedoch unter Umständen nicht ausreichend ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Folie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Beweglichkeit der Foliensegmente weiter verbessert ist. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Tragkraft und eine Verringerung der Reibungsverluste. Entsprechende Vorteile ergeben sich für das Axialfolienlager gemäß Anspruch 7, das eine erhöhte Tragkraft und verringerte Reibungsverluste aufweist. Für den Verdichter gemäß Anspruch 9 ergibt sich der Vorteil, dass dieser einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist und infolge der verringerten Reibungsverluste eine geringere Kühlung erforderlich ist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Durch die Ausbildungen gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6 ist die Beweglichkeit der Foliensegmente und damit die Funktion der Folie weiter verbessert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 ein Brennstoffzellensystem mit einem Verdichter mit einem Axialfolienlager in einem Längsschnitt, 2 in vergrößerter Darstellung eine Folie des Axialfolienlagers in einer Ansicht in Pfeilrichtung II in 1 und 3 Foliensegmente der Folie in einer perspektivischen Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist in vereinfachter schematischer Weise ein Brennstoffzellensystem beispielsweise für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Das Brennstoffzellensystem weist wenigstens einen Brennstoffzellenstack 10 auf, dem über ein Anodensystem 12 Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, und über ein Kathodensystem 14 Oxidationsmittel, insbesondere Luft, zugeführt wird. Das Kathodensystem 14 weist eine Gasfördervorrichtung 16 in Form eines Verdichters auf, durch den dem Brennstoffzellenstack Luft in der für den jeweiligen Betriebszustand erforderlichen Menge mit dem erforderlichen Druck zugeführt wird. Der Verdichter 16 weist ein Gehäuse 18 auf, in dem ein Elektromotor 20 als Antrieb angeordnet ist, durch den eine Welle 22 um ihre Längsachse 23 rotierend angetrieben wird, mit der wenigstens ein Verdichterrad 24 verbunden ist. Die Welle 22 ist mit einem Rotor 26 des Elektromotors 20 verbunden oder der Rotor 26 ist Teil der Welle 22. Der Elektromotor 20 weist außerdem einen Stator 28 auf, der den Rotor 26 umgibt.
Die Welle 22 ist im Gehäuse 18 drehbar gelagert, wobei wenigstens ein Radiallager 30 und wenigstens ein Axiallager 32 vorgesehen sind. Es können zwei in Richtung der Längsachse 23 zueinander versetzt angeordnete Radiallager 30 vorgesehen sein. Die Radiallager 30 und das Axiallager 32 sind jeweils als Folienlager ausgebildet. Nachfolgend wird das Axallager näher erläutert.
Die Welle 22 weist eine Axiallagerscheibe 34 auf, die einstückig mit der Welle 22 ausgebildet sein kann oder als separates Teil mit der Welle 22 verbunden sein kann. Das Axiallager 32 weist wenigstens eine erste Lagerfolie 36 auf, die mit der Axiallagerscheibe 34 zusammenwirkt, das heißt an der die Axiallagerscheibe 34 bei einer auf die Welle 22 wirkenden Axialkraft zur Anlage kommen kann. Die erste Lagerfolie 36 wird als Deck- oder Topfolie bezeichnet. Das Axiallager 32 weist üblicherweise wenigstens eine zweite Lagerfolie 38 auf, die auf der der Axiallagerscheibe 34 abgewandten Seite der ersten Lagerfolie 36 angeordnet ist. Die zweite Lagerfolie 38 ist als Federfolie ausgebildet und in Richtung der Längsachse 23 elastisch verformbar. Die zweite Lagerfolie 38 kann beispielsweise als Wellfolie ausgebildet sein. Durch die zweite Lagerfolie 38 wird die erste Lagerfolie 36 elastisch zur Axiallagerscheibe 24 gedrückt.
Die erste Lagerfolie 36 weist an ihrem Außenrand einen geschlossenen Haltering 40 auf und innerhalb des Halterings 40 über den Umfang verteilt angeordnete, voneinander getrennte Foliensegmente 42. Es sind mindestens drei, vorzugsweise mehr als drei Foliensegmente 42 vorgesehen, beispielsweise sechs Foliensegmente 42. Jedes Foliensegment 42 ist über einen Haltearm 44 mit dem Haltering 40 verbunden, wobei der Haltearm 44 in Umfangsrichtung eine geringere Breite aufweist als das Foliensegment 42. Zwischen dem Außenumfang der Foliensegmente 42 und dem Innenumfang des Halterings 40 ist ein radialer Abstand 5 vorhanden.
Die Haltearme 44 ragen ausgehend vom Haltering 40 in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 23 weiter nach innen als der Außenumfang der Foliensegmente 42. Die Haltearme 44 verlaufen beispielsweise nicht radial bezüglich der Längsachse 23 sondern in Drehrichtung 21 der Welle 22 geneigt, derart, dass die an den Foliensegmenten 42 angeordneten radial inneren Enden der Haltearme 44 bezüglich den am Haltering 40 angeordneten radial äußeren Enden der Haltearme 44 in Drehrichtung 21 vorauseilen. Alternativ können die Haltearme 44 auch etwa radial oder entgegen der Drehrichtung 21 der Welle 22 geneigt verlaufen. Die Haltearme 44 sind an den entgegen der Drehrichtung 21 der Welle 22 weisenden Endbereichen 42a der Foliensegmente 42 angeordnet.
Die Foliensegmente 42 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese nicht in einer Radialebene bezüglich der Längsachse 23 verlaufen sondern bezüglich einer Radialebene in unterschiedlichen Abständen von der Radialebene in Richtung der Längsachse 23. Die Endbereiche 42a der Foliensegmente 42, an denen die Haltearme 44 angeordnet sind, sind in Richtung der Längsachse 23 tiefer angeordnet als die entgegengesetzten Endbereiche 42b der Foliensegmente 42. Die Endbereiche 42b der Foliensegmente 42 sind somit näher zur Axiallagerscheibe 34 angeordnet als die Endbereiche 42a. Zwischen den Endbereichen 42a und 42b verlaufen die Foliensegmente 42 geneigt bezüglich einer Radialebene.
Die erste Lagerfolie 36 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, wobei der Haltering 40, die Haltearme 44 und die Foliensegmente 42 beispielsweise ausgehend von einer ebenen Folie, die beispielsweise aus dünnem Blech besteht, durch Stanzen und Biegen oder Prägen hergestellt wird.
Im Betrieb bilden sich zwischen den Foliensegmenten 42 und der Axiallagerscheibe 34 sich in Drehrichtung 21 der Welle 22 verengende Spalte aus, in denen Luftpolster vorhanden sind, die einen direkten Kontakt zwischen den Foliensegmenten 42 und der Axiallagerscheibe 34 verhindern. Hierdurch wird eine geringe Reibung im Axiallager 32, dadurch geringer Verschleiß und eine geringe Wärmeentwicklung erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019202573 A1 [0002]

Claims

Lagerfolie (36) für ein Axialfolienlager (32) zur drehbaren Lagerung einer Welle (22), wobei die Lagerfolie (36) mehrere über deren Umfang verteilt angeordnete elastische Foliensegmente (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Foliensegment (42) über einen Haltearm (44) mit einem die Foliensegmente (42) über deren Außenumfang umgebenden Haltering (40) verbunden ist.
Lagerfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Haltearme (44) in radialer Richtung bezüglich einer Längsachse (23) des Axialfolienlagers (32) nach innen weiter erstrecken als der Außenumfang der Foliensegmente (42).
Lagerfolie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme (44) in Umfangsrichtung eine geringere Breite aufweisen als die Foliensegmente (42).
Lagerfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme (44) in Drehrichtung (21) oder entgegen der Drehrichtung (21) der Welle (22) geneigt verlaufen.
Lagefolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme (44) etwa radial zur Längsachse (23) des Axialfolienlagers (32) verlaufen.
Lagerfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Haltearmen (44) abgewandten Endbereiche (42b) der Foliensegmente (42) in Richtung einer Längsachse (23) des Axialfolienlagers (32) gesehen versetzt angeordnet sind gegenüber den mit den Haltearmen (44) verbundenen Endbereichen (42a) der Foliensegmente (42).
Axialfolienlager zur drehbaren Lagerung einer Welle (22) mit wenigstens einer ersten Lagerfolie (36), die mit einer Axiallagerscheibe (34) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Lagerfolie (36) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Axialfolienlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur wenigstens einen ersten Lagerfolie (36) wenigstens eine zweite Lagerfolie (38) vorgesehen ist, die vorzugsweise als Federfolie ausgebildet ist und die an der wenigstens einen ersten Lagerfolie (36) anliegt.
Verdichter, insbesondere Luftverdichter für ein Brennstoffzellensystem mit einer Welle (22), mit der wenigstens ein Verdichterrad (24) verbunden ist und die über wenigstens ein Axialfolienlager (32) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Axialfolienlager (32) gemäß Anspruch 7 oder 8 ausgebildet ist.