DE2361226A1

DE2361226A1 - Hydrodynamisches stroemungsmittellager

Info

Publication number: DE2361226A1
Application number: DE2361226A
Authority: DE
Inventors: Johan A Friedericy; Alexander Silver
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-08
Publication date: 1974-07-11
Also published as: FR2330279A5; US3893733A; IT1000305B; DE2361226B2; GB1447651A; DE2361226C3

Description

THE GARRETT CORPORATION, 9851-9951 Sepulveda Boulevard,

Los Angeles, California 90009, USA

Hydrodynamisches Stromungsmittellager

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf hydrodynamische Lager, die selbsttätig einen Druck für ein Strömungsmittel zwischen den beiden relativ zueinander sich bewegenden Lagerteilen aufbauen, so daß diese Lagerteile auf einem dünnen Film des Strömungsmittels, z.B. auf einem Flüssigkeitsfilm, getragen werden.

Mehr im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein hydrodynamisches Strömungsmittellager mit einem ersten und einem zweiten Lagerteil, die sich relativ zueinander bewegen und voneinander einen Abstand aufweisen, um einen Strömungsmittelspalt zwischen sich zu erzeugen, wobei mindestens ein erstes federndes oder elastisches Lagerelemente an einem der Lagerteile zur teilweisen Unterstützung des anderen Lagerteils vorgesehen ist. Eine detailierte Beschreibung derartiger Lager ist beispielsweise in der US-PS 3.635.534 gegeben, die sich auf Folienlager bezieht.

■40-9828 AQ, 2.GJ,-

G/p 7745 -2- 16. Nov. 73 G/We , ;

Bei Lagern mit elastischen Folien ergeben sich grundsätzliche Schwierigkeiten aus der begrenzten Steifigkeit der Folien und aus Schwingungsbewegungen zwischen dem sich bewegenden und dem ortsfesten Lagerteil bei bestimmten kritischen Lagergeschwindigkeiten.

Andererseits ist es ein grundsätzlicher Vorteil bei Folienlagern, wenn die Folien aus dünnem Material bestehen, da sich die Folien in diesem Fall unter allen Bedingungen dem abgestützten Teil des Lagers gleichförmiger anpassen können. Eine dünnere Folie ist jedoch wesentlich nachgiebiger und besitzt eine geringere Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit. Bei tatsächlichen Belastungsbedingungen besteht weiterhin das Problem, daß die Welle in einem für hohe Geschwindigkeiten ausgelegten Lager einer Maschine dazu neigt, um die geometrische Mitte der Lagerschale zu kreisen und daß die Amplitude dieser Schwingung bei bestimmten kritischen Geschwindigkeiten ihr Maximum erreicht. Um diese Oszillation unter Kontrolle zu halten oder aber auszuschließen, ist es wünschenswert, eine ausreichende Dämpfung in der Lageranordnung vorzusehen. Dieses Problem besteht in vergrößertem Maße bei kleinen Gleitlagern, bei denen lediglich ein geringer Platz für die Lageranordnung zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile bekannter Lager zu vermeiden. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein hydrodynamisches Strömungsmittellager der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß an dem einen Lagerteil außerdem wenigstens ein zweites elastisches oder federndes Lagerelement vorgesehen ist, gegen welches sich das erste Lagerelement zu seiner federnden Unterstützung anlegt. Das erste Lagerelement ist dabei vorzugsweise eine Lagerfolie, wobei dann eine nachgiebige Folienabstützung unter jeder dieser ersten Folien derart angeordnet ist, daß sie diese Folie zwischen deren Enden berührt. Hierdurch wird die Gesamtstexfigkeit der Folie vergrößert, wobei diese gleichzeitig aus relativ dünnem Material über ihre gesamte

409828/0269

G/p 7745 . ■ -3- 16. Nov. 73 G/We

Länge Tiergestellt werden kann, so daß sie sich in ihrer Form leicht der Formgebung des zugehörigen Lagerteiles anpassen kann, um auf diese Weise unter den normalen Arbeitsbedingungen das optimale Strömungsmittellager zu erhalten. Sollte die Welle im Lager starke Oszillationen bei bestimmten kritischen Geschwindigkeiten ausführen, so sind die Folienabstützungen bzw. -versteifungen- so angeordnet, daß die erste Folie an dem Versteifungskörper während der Oszillätionsbewegung der Welle reibt, so daß durch dieses Reiben Coulombreibüng oder Reibungswärme erzeugt wird, die zu einer Dämpfung der Vibration in der Welle führt. Die Erfindung bewirkt* somit eine Erhöhung' der Steifigkeit und der Widerstandsfähigkeit der Lagerfolien und erzeugt eine Dämpfung zwischen den beiden Lagerteilen. Die Erfindung stellt eine besonders billige Lösung der bei bekannten Lagern beobachteten Nachteile dar.

Weite're'Einzelheiten" der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Figuren -ah^; Aus führungsbeisp ie len näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführurigsform des· erfindurigsgemäßen Lagers; "

-Figuren 2, 3, 4 und 5 Teilschnitte durch weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lagers;

Figur 6 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, geeignet für die Verwendung als Axialdrucklager;

Figur 7 das Lager gemäß Figur 1, jedoch mit der umlaufenden Welle;

Figur 8 in perspektivischer Darstellung ein konisches Lager gemäß der Erfindung.

In den Figuren 1 und 7 ist mit lO allgemein eine Lageranordnung zur Lagerung einer rotierenden Welle 12 bezeichnet. Die Lageran-

409828/0269

G/p 7745 -4- 16. Nov. 73 G/We

Ordnung besitzt einen Lageraufnahmering 14, der als Abstützung für einen konzentrischen Folienträgerring 16 dient. Der Trägerring ist mit axialen Schlitzen 18 versehen, die entlang der Achse des Lagers verlaufende Kanäle für Kühlluft bilden und außerdem zum axialen Druckausgleich des Lagers dienen. Einer dieser Schlitze wirkt mit dem Stift 20 zusammen, um so ein relatives Verdrehen zwischen dem Aufnahmering 14 und dem Folienträger 16 zu vermeiden, wobei der Stift 20 sich durch den Aufnahmering 14 und teilweise in den Schlitz 18 hineinerstreck und auf diese Weise die Sperrwirkung erzielt.

An der Innenfläche des Folienträgerringes 16 ist eine Vielzahl von Folien 22 befestigt, die in axialen Schlitzen 24 an dem Träger- oder Befestigungsring gehaltert sind und mit Hilfe der Metallteile 26 in den Schlitzen festgehalten, werden. Jeder Folie benachbart und in tlrehrichtung der Welle 12 gegenüber der Folie räumlich versetzt sind Folienabstützglieder 28 vorgesehen. Die Folienabstützglieder sind in gleicher Weise in axiale Schlitze 30 des Folienträgerringes eingesetzt und dort durch Metallkörper 32 gehaltert.

In der Figur 7 ist das Lager lO gemäß Figur 1 nochmals gezeigt, jedoch zusammen" mit der in das Lager eingesetzten umlaufenden Welle 12. Wie die Figur 7 zeigt, liegen die Folien 22 verschiebbar auf den Abstützgliedern 28 auf, wenn sich die Welle im Lagerr befindet. Jedes Abstützglied erhöht die Gesamtsteifigkeit der entsprechenden Folie, während das Abstützglied gleichzeitig erlaubt, daß sich die Folie über ihre gesamte Länge der Welle anpasst.

Die Figuren 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen alternative Ausführungsformen der Erfindung. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist die Folie 44 und das Abstützglied 46 jeweils in einem einzigen Halteschlitz 48 durch den Befestigungskörper 50 an dem Folienträger-

409828/0269

G/p 7745 -5- 16. Nov. 73 G/We

oder Haltering 42 befestigt. Wenn die Folie 44 beim Einsetzen der Welle abgebogen wird, so wird sie das Abstützglied an dem bogenförmig gewölbten Abschnitt berühren. Hierdurch wird die oben beschriebene Erhöhung der Steifigkeit der Folie erreicht. Bei einem radialen Schwingen der gelagerten Welle wird außerdem die an dem Abstützglied anliegende Folie den bogenförmig gewölbten Abschnitt des Abstützgliedes verformen. Durch diese Verformung reibt das freie Ende des Abstützgliedes an der Innenfläche des Halteringes 42, wie dies bei 54 angedeutet ist. Dieses Reiben erzeugt Coulombreibung und dient zur Dämpfung der Schwingungen der Welle."

In der Figur 3 ist eine Lageranordnung gezeigt, die allgemein mit der Ziffer 60 bezeichnet ist und einen Folienhaltering 62 aufweist. Die Folien 64 sind an diesem Haltering in der gleichen Weise befestigt, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 1 be~ schrieben wurde. Bei dieser Ausführungsform wird das Abstützglied jedoch von einer U-förmigen Feder 68 gebildet, die in einem axialen Schlitz 66 eingesetzt und dort gehaltert ist. Die offene Seite dieser Feder ist schmaler als die Breite des Schlitzes Wenn daher die Primärfolie 64 die Feder 68 berührt, wird der gleiche Versteifungseffekt, wie er oben bereits beschrieben wurde, eintreten. Falls die Abbiegung der Folie vergrößert wird, so wird die Feder 68 zusammengedrückt, was zu einer Spreizung der Schenkelenden der Feder führt, bis diese Spreizung durch die Breite des Schlitzes 66 begrenzt wird. Auf diese Weise wird die Federkonstante der Feder 68 zu der Federkonstante der Folie 64 hinzuaddiert, um auf diese. Weise den Elastizitätsmodul der gesamten Anordnung zu erhöhen. Da die Schenkel der Feder 68 außerdem an der Oberfläche des Schlitzes 66 reiben, wird gleichzeitig ein Dämpfungseffekt erhalten, wie dies oben im Zusammenhang mit der Figur 2 beschrieben wurde.

In der Figur 4 ist eine Lageranordnung 70 gezeigt, die Folien 74 aufweist, die den oben beschriebenen Folien ähnlich sind. Bei

409828/0269

G/p 7745 -6- 16. Nov. 73 G/We

dieser Aus führungsform ist die Abstützfeder bei 76 als gabelartiges Glied gezeigt, welches in einem Schlitz 8O des Trägers 72 durch den Metallkörper 78 befestigt ist. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ähnelt der, wie sie in Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben wurde. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. berühren jedoch die gabelförmigen Enden der Feder 76 die. äußeren Flächen der Primärfolie 74, um auf diese weise eine Versteifung sowie eine Dämpfung bei mechanischen Schwingungen zu erreichen.

In der Figur 5 ist eine weitere Aus führungs form der Erfindung bei 80 gezeigt. Der Folienträger- bzw. Haltering 84 weist eine Formgebung auf, wie sie bereits oben beschrieben wurde. Die einzelnen Folienglieder 86 sind in dem Haltering 84 in der gleichen Weise befestigt, wie dies bereits beschrieben wurde. Dieser Ausführung fehlen jedoch gesonderte Abstützglieder, vielmehr ist an jeder Folie 86 eine gekrümmte Versteifungsrippe 88 vorgesehen. Im Betrieb ist dann jede Folie in Berührung mit dem gekrümmten Abschnitt der benachbarten Folie, die in diesem Fall als Versteifungs- und Dämpfungsglied dient.

Alle die oben beschriebenen Aus führungs formen bezogen sich auf Folienlager zum Lagern einer drehbaren Welle. Die gleichen oben beschriebenen Prinzipien lassen sich jedoch auch auf Axialdrucklager anwenden oder auf Lager für Teile, die sich geradlinig oder parallel zueinander verschieben. In der Figur 6 ist ein Axialdrucklager 90 gezeigt, welches eine Basis 94 mit Folien zur Lagerung des Teiles 92 aufweist, wobei der Teil 92 sich relativ zu der Basis 94 bewegt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Folienträger 96 vorgesehen, an dessen einer Oberflächenseite eine Vielzahl von Folien 98 befestigt ist, während an der anderen Oberflächenseite Trägerglieder lOO angeordnet sind, die bei der hier gezeigten Ausführungsform den Abstützgliedern gemäß Figur 3 gleichen. Im Betrieb werden die mit dem Rücken nach oben liegenden. Federn lOO die Federkonstante der Folienanordnung vergrößern und auf diese Weise die angestrebte zusätzliche Steifigkeit erzeugen. Wird fernerhin die

409828/0269

G/p 7745 -7- 16. Nov. 73 G/We

Feder lOO zusammengedrückt, so werden deren Schenkel an der Innenfläche der Basis 94 reiben und auf diese Weise eine Dämpfung erzeugen, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben wurde.

In der Figur 8 ist eine weitere Aus führungsform der Erfindung zur Lagerung eines konischen rotierenden Kö^p^rs.. Bei dieser Aus führungs form ist ein -Lagergehäuse bzw. eine Lagerschale vorgesehen, die eine konische Öffnung besitzt. Eine ebenfalls konisch ausgebildete Folienanordnung 112 ist so ausgeführt, daß sie in der Öffnung Platz findet. Die Folienanordnung besteht aus den Folien 114 und den Folienabstützgliedern 116. Jede Folie ist mit einem eigenen Abstützglied versehen, welches bei 118 mit der Folie verbunden ist, um die Folie zu versteifen und bei oszillieren· der Krafteinwirkung eine Dämpfung zu erzeugen. Das konische Lager dient zur Lagerung einer umlaufenden Welle 120, die ein konisch geformtes Ende 122 besitzt. Bei dieser Ausführung kann ein. einziges Lager sowohl eine radiale als auch eine axiale Lagerung der Welle 120 liefern. ' . ■

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind bei der Er-. findung in allen ihren verschiedenen Ausführungsformen jeweils Mittel vorgesehen,, um die Steifigkeit von hydrodynamischen Folien zu erhöhen und dadurch ihre Belastbarkeit zu vergrößern. Der mit der Anordnung mit doppelter Federkonstante erzielte Effekt ist darin zu sehen, daß dünne Folien verwendet werden können für eine gute Oberflächenanpassung, während gleichzeitig eine ausreichende Halterung und Unterstützung für mögliche Krafteinwirkungen vorgesehen sind. Die bei der Erfindung vorgesehenen Äbstützglieder erzeugen gleichzeitig eine Dämpfung, um Oszillationsschwingungen zwischen den Lagerteilen zu steuern.

Es- wurden einige spezielle Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben? es versteht sich jedoch, daß die Erfindung in ihrer Konstruktion nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.

409828/0269

Claims

G/p 7745- - 8 - 16.Nov.1973 G/Wg Patentansprüche

1. Hydrodynamisches Strömungsmittellager mit einem ersten und einem-zweiten Lagerteil, die sich relativ zueinander bewegen und voneinander einen Abstand aufweisen, um einen Strömungsmittelteil zwischen sich zu bilden, wobei mindestens ein erstes federndes oder elastisches Lagerelement an einem der Lagerteile zur teilweisen Unterstüzung des anderen Lagerteils vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem einen Lagerteil ausserdem wenigstens ein zweites, elastisches oder federndes Lagerelement (28, 46, 68, 76, 88, 100, 116) befestigt ist, gegen.welches das erste Lagerelement (22, 44, 64, 74, 86, 98, 114) zu seiner federnden Unterstützung anliegt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (22, 44, 64, 74, 86, 98, 114) eine Lagerfolie oder Lagerfolienanordnung ist, die sich der Formgebung der Lagerteile frei anpasst, und dass die Lagerfolie oder Lagerfolienanordnung minedestens an einem Punkt gegen das zweite, als Folienversteifung wirkende Lagerelement (28, 46, 68, 76, 88, 100, 110) anliegt.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von einander überlappenden Lagerfolien und zwischen diesen eine Vielzahl von Versteifungsfolxen vorgesehen sind.

4. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienversteifung ein U-förmig ausgestaltetes und mit seinem geschlossenen Ende an einem Lagerteil befestigtes Giied (76) ist, dessen offene Enden die zugehörige Lagerfolie oder Lagerfolienanordnung (74) berühren.

5. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienversteifung ein U-förmig ausgebildetes und mit seinen

409828/0269

9/p 7745 - 9 - 16.November 73 G/Wg

offenen Enden den einen Lagerteil berührendes Glied (68, 100) ist, dessen geschlossenes Ende die zugehörige Lagerfolie oder Lagerfolienanordnung berührt.

6. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von einander überlappender Lagerfolien (86) vorgesehen sind, und dass jede Lagerfolie im mittleren Bereich zwischen ihren Enden einen gekrümmten Abschnitt (88) besitzt, der eine axiale Rippe bildet, und dass diese Rippe so ausgebildet und angeordnet ist, dass bei zusammengesetztem Lager jede Folie (86) die Rippe (88) der jeweils benachbarten Folie berührt.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, -gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Radiallager, wobei die ersten und zweiten Lagerelemente an dem die Welle (12) umgebenden Lagerteil gehaltert sind.

8. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Axialdrucklager, wobei die ersten und zweiten Lagerelemente an dem der Wellenstirnfläche gegenüberliegenden Lagerteil (94) gehaltert sind.

9. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung einer Welle (120) mit konisch geformtem Ende der der Welle zugeordnete Lagerteil (110) eine konische Bohrung besitzt, und dass die Lagerfolien- und versteisteifungsanordnung (112) ebenfalls konisch ausgebildet ist.

10. Lager nach einem der Ansprüche2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lagerfolienin Richtung der Drehbewegung der Welle (12, 120) überlappen.

409828/0269