DE2622204A1

DE2622204A1 - Formfolienlager

Info

Publication number: DE2622204A1
Application number: DE19762622204
Authority: DE
Inventors: Alexander Silver
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1975-05-21
Filing date: 1976-05-19
Publication date: 1976-12-02
Also published as: GB1542073A; FR2311959B1; FR2311959A1; US3957317A

Description

Drpl.-lng. A. Wasmeier Patentanwälte 8400 Regensburg 2 Postfach 382	Unser Zeichen Our Ref. G/p 8490	Dipl.-Ing. W. Langewiesche Dipl.-Ing. H. Graf
An das Deutsche Patentamt 8000 München 2	D 8400 REQENSBURQ 2 GREFLINGER STRASSE 7 TELEFON (0941) 54753 TELEGR. BEGPATENT RGB. TELEX 6 5709 repat d

Ihr Zeichen Ihre Nachricht Your Ref. Your Letter	Tag Date 17. Mai 1976 W/Ja

THE GARRETT CORPORATION, 9851-9951 Sepulveda Boulevard, Los Angeles, California 90009, USA Formfolienlager

Die Erfindung bezieht sich auf hydrodynamische bzw. hydrostatische Folienlager.

Strömungsmittel- oder Gaslager sind in jüngerer Zeit für vielgestaltige Anwendungszwecke verwendet worden. Diese Strömungsmittellager weisen generell zwei relativ zueinander bewegliche Elemente auf, die einen Zwischenabstand voneinander haben. Der Abstand ist nit einem Strömungsmittel, z.B. Luft, gefüllt, das unter dynamischen Bedingungen einen Tragkeil bildet, damit eine ausreichende Abstützung für eine Last erzielt wird, indem eine Berührung zwischen den beiden relativ zueinander beweglichen Bauteilen verhindert wird.

Es sind verbesserte Strömungsmittellager, insbesondere Gaslager der hydrodynamischen Art, entwickelt worden, bei denen Folien in dem Raum zwischen den relativ zueinander drehbaren Lagerbauteilen vorgesehen sind. Derartige Folien, die ganz allgemein dünne Plättchen aus federndem Material sind,

Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 75020073) 5804248 Postscheckkonto München 89369-801

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können durch die Kräfte des hydrodynamischen Filmes zwischen benachbarten Lagerflächen und den Folien ausgelenkt werden. Die Folien verstärken die hydrodynamischen Eigenschaften der Strömungsmittellager und ergeben auch eine verbesserte Arbeitsweise unter extremen Lastbedingungen, bei denen normale Lager nicht mehr einwandfrei arbeiten oder sogar zu Bruch gehen. Zusätzlich ergeben die Folien den weiteren Vorteil, daß eine Exzentrizität der relativ zueinander verschiebbaren Bauteile aufgenommen wird, und daß ein Federungs- und Dämpfungseffekt erhalten wird.

Die Tatsache, daß verhältnismäßig sauberes Arbeitsströmungsmittel in Form von Luft, z.B. aus der umgebenden Atmosphäre, als Lagerströmungsmittel einfach zur Verfügung steht, macht diese hydrodynamischen, mit Strömungsmittelfilm geschmierten Lager insbesondere attraktiv für Lagerstellen mit hoher Drehzahl. Während in vielen Fällen diese hydrodynamischen oder selbsttätigen Strömungsmittellager eine ausreichende Lastlagerkapazität lediglich aufgrund des in dem Strömungsmittelfilm durch die Relativbewegung der beiden konvergierenden Oberflächen erzeugten Druckes ergeben, ist es manchmal notwendig, das Strömungsmittel zwischen den Lagerflächen außen druckaufzuladen, um die Lastaufnahmekapazität zu erhöhen. Während diese außen druckaufgeladenen oder hydrostatischen Strömungsmittellager die Lastaufnahmekapazität erhöhen, machen sie die Anwendung einer äußeren Strömungsmitteldruckquelle erforderlich.

Ein wesentlicher Nachteil sowohl hydrodynamischer als auch hydrostatischer Folienlager besteht darin, daß die Lastkapazität sich nicht unbegrenzt mit der Drehzahl erhöht, sondern abflächt oder sich einem festen Wert nähert. Somit sind für eine gegebene Last diese Lager bis zu einer bestimmten Drehzahl zweckmäßig, geht man jedoch über diese Drehzahl hinaus, kann eine Beschädigung des Lagers auftreten. Zusätzlich kann die Strömungsmittelverteilung über die Länge des Lagers so erfolgen, daß heiße Stellen oder dgl. auftreten.

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Beispiel« fUr hydrodynamische und/oder hydrostatische Lager sind in den folgenden US-Patentschriften beschrieben und dargestellt:

3 215 479, 3 215 480, 3 366 427, 3 375 046, 3 382 014, 3 434 761,
3 434 762, 3 467 451, 3 511 544, 3 560 064, 3 615 121, 3 635 534,
3 642 331, 3 677 612. i

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es somit, ein Folienlager der hydrodynamischen oder hydrostatischen Art zu schaffen, das ohne äußere druckaufgeladene Strömungsmittelquellen arbeitet, bei dem die Belastbarkeit mit höheren Drehzahlen zunimmt und bei dem die bei bekannten Folienlagern auftretenden heißen Stellen vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird bei einem hydrodynamischen bzw. hydrostatischen Folienlager mit zwei relativ zueinander drehbar angeordneten Bauteilen, deren eines das andere drehbar aufnimmt, vorgeschlagen, daß ein federndes Folienlager antriebsmäßig zwischen den relativ zueinander drehbaren

Bauteilen angeordnet istjj und daß das Folienlager eine Vielzahl von j sich Überlappenden, federnden Folien, die auf einem der beiden Bauteile j befestigt sind, sowie eine Vorrichtung an den freien Enden, die einen Strömungsmittelfluß Über die Folien induziert, aufweist.

Im Falle vorliegender Erfindung ist die ablaufende Kante der federnden Folien in einem Folienlager so geformt, daß eine Pumpwirkung auf das Strömungsmittel in der zwischen zwei sich Überlappenden Folien ausgebildeten Nut entsteht» Eine fischgrätförmige oder pfeilförmige Nut fuhrt oder richtet das Strömungsmittel während einer Relativdrehung der Lagerelemente nach innen. Das Einfuhren bzw. Pumpen des Strömungsmittels

! gegen die Mitte des Lagers dient zur Erhöhung des Strömungsmitteldruckes! im Lager und gewährleistet auch, daß ausreichend Strömungsmittel an der '

Lagermitte zur Verfügung steht. Oa mehr Strömungsmittel zur Mitte gepumpt!

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wird, wenn die relative Drehgeschwindigkeit zunimmt, wird die Belastungsfähigkeit des Lagers bei höheren Drehzahlen vergrößert. Eine unter Vorspannung stehende Nut dient zur Ventilierung des Lagers.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den UnteronsprUchen.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Folienlageranordnung nach vorliegender Erfindung,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine perspektivische Endansicht einer Laufbuchse nach Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Lagerfolie mit einer fischgrätförmigen ablaufenden Kante,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Lagerfolie mit einer pfeilförmigen ablaufenden Kante, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Lagerfolie mit einer vorgespannten ablaufenden Kante.

Nach Fig. 1 weist die hydrodynamische Folienlageranordnung eine konzentrisch angeordnete Welle 10 und eine Laufbuchse 12 mit einer Vielzahl von sich überlappenden, federnden Folien 14, die in dem Abstand zwischen Welle und Laufbuchse angeordnet sind, auf. Die Vielzahl von individuellen Folien 14 können mit dem Inneren der Laufbuchse 12 verbunden sein, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, oder können außen an der Welle 10 befestigt sein. Welle 10 und Laufbuchse 12 können unabhängig voneinander drehbar sein oder es kam einer der beiden Bauteile stationär ausgebildet sein. Ferner kann die Welle 10 hohl ausgebildet sein und somit als Quelle druckaufgeladenen Strömungsmittels dienen, so daß die Lageranordnung zu einer druckaufgeladenen oder hydrostatischen Anordnung wird, wie sie

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beispielsweise in US-PS 3 366 427 beschrieben und dargestellt ist.

In Fig. 2 ist die Laufbuchse in perspektivischer Ansicht und in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die einzelnen Folien 14 sind mit der Innenfläche 16 der Laufbuchse 12 befestigt. Die einzelnen Folien 14, die aus dünnem federndem Material bestehen, sind um die Innenfläche der Laufbuchse 12 sich überlappend angeordnet, d.h., daß jede Folie die nächstfolgende Folie überlappt. Die Folien 14 können mit der Laufbuchse in herkömmlicher Weise befestigt sein, wie beispielsweise in US-PS 3 615 12] dargestellt. Auch können die Folien mit einem festen Schmiermittel überzogen sein, wie dies der US-PS 3 677 612 zu entnehmen ist, um die Reibwirkung bei geringen Drehzahlen so gering wie möglich χμ halten.

Die ablaufende oder freie Kante 18 der Folien 14 bildet aufgrund ihrer JLcke eine Nut 20 zwischen benachbarten, sich überlappenden Folien. Durch die Form dieser Nut 20 wird Strömungsmittel gegen die Lagermitte gepumpt (wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet), wodurch gewährleistet ist, daß eine ausreichende Menge Strömungsmittel an der Lagermitte zur Verfügung steht und der Strömungsmitteldruck im Lager vergrößert wird. Nimmt die Relativdrehung zwischen Welle 10 und Lagerbuchse 12 zu, wird eine größere Strömungsmittelmenge durch die Vielzahl von Nuten 20 gepumpt. Die Richtung der Relativdrehung zwischen Welle 10 und Lagerbuchse 12 ist so, daß ein Wiederstand am freien Ende 18 der Folien 14 in bezug auf deren feste Enden entsteht.

Eine einzelne Folie 14 mit einer ablaufenden Formkante 18 zur Ausbildung einer fischgrätförmigen Nut zwischen sich überlappenden Folien ist in Fig. 3 gezeigt. Die ablaufende Kante 18 ist mit einer solchen Form oder Kontur versehen, daß auf jeder Seite des geraden mittleren Teiles 24 der ablaufenden Kante 18 verjüngte Ecken 22 entstehen. Wie in Fig. 4 dar-

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gestellt, können die verjüngten Kanten 22" soweit bis zur Mitte der Folie ausgebildet werden, daß der geradlinige mittlere Teil in Wegfall kommt und damit eine pfeilförmige ablaufende Kante 18' entsteht.

Bei einer ablaufenden Kante in Fischgrat- oder Pfeilform werden eine Vielzahl von Nuten zwischen den sich überlappenden Folien ausgebildet. Diese Nuten pumpen Strömungsmittel gegen die Lagermitte und erhöhen damit den Schmiermitteldruck an dieser Stelle. Da die Lastaufnahmekapazität direkt von der Druckverteilung innerhalb des Lagers abhängt, wird die Lagerbelastbarkeit erhöht. Wird mehr Strömungsmittel eingepumpt, wenn die Drehzahl des Lagers zunimmt, erhöht sich die Lagerbelastbarkeit mit der Drehzahl,

Bei einem Lager mit verhältnismäßig großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser werden herkömmliche Folienlager in der Mitte unzureichend mit Strömungsmittel versorgt, was zu einer heißen Stelle und ev. zur Lagerzerstörung fuhren kann. Das Einpumpen von Strömungsmittel in die Lagermitte kann dieses Problem bei derartigen Lagern beheben.

Zusätzlich zur Formgebung der ablaufenden Kante der Lagerfolie kann zur Erzielung der Pumpwirkung von Strömungsmittel auf die Lagermitte zu die ablaufende Kante 18" der Lagerfolie 14" in der in Fig. 5 angezeigten V/eise geformt oder vorgespannt sein, damit das Einführen oder Einpumpen von Strömungsmittel in Richtung der Lagerlängserstreckung erreicht wird. Die verjüngte oder vorgespannte Kante 22" bildet eine Vielzahl von vorgespannten Nuten um die innere Oberfläche der Lagerbuchse, die dazu dienen kann, Strömungsmittel in Längsrichtung der Lagerbuchse einzupumpen, um das Lageijzu ventilieren.

Bei einem druckaufgeladenen oder hydrostatischen Lager, wie es der US-PS 3 366 427 zu entnehmen ist, verringert die Verjüngung oder Vorspannung

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der ablaufenden Kante der Lagerfolien nach den Fig. 2, 3 oder 4 den Verblockungseffekt, der bei dieser Art von Lageranordnung auftreten kann, wenn die normalerweise geradlinige ablaufende Kante über die Löcher oder Öffnungen incfer hohlen Welle läuft, durch die das druckaufgeladene Strömungsmittel in die Lageranordnung gelangt. Die ausgerichteten Öffnungen werden dann nacheinander freigegeben, anstatt daß alle üffnungen einer einzelnen Reihe gleichzeitig freigegeben werden.

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Claims

Patentansprüche

Γ Iy Hydrodynamisches bzw. hydrostatisches Folienlager mit zwei relativ zueinander drehbar angeordneten Bauteilen, deren eines das andere drehbar aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein federndes Folienlager (14) antriebsmäßig zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen (10, 12) angeordnet ist, und daß das Folienlager (14) eine Vielzahl von sich überlappenden federnden Folien (14; 14¹, 14"), die auf einem der beiden Bauteile (10, 12) befestigt sind, sowie eine Vorrichtung (20) an den freien Enden, die einen Strömungsmittelfluß über die Folien induziert, aufweist.
2. Folienlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Folien (14, 14¹, 14") ein festes Ende, das auf einem der beiden relativ zueinander drehbaren Bauteile (10, 12) befestigt ist, sowie ein freies Ende (18; 18'; 18"), das sich zwischen den beiden Bauteilen (10, 12) erstreckt und eine benachbarte Folie überlappt, aufweist, wobei jede der Folien eine Vorrichtung (20) am freien Ende besitzt, die den Strömungsmittelfluß über die Folien induziert.
3. Folienlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das : freie Ende (18) jeder Folie (14; 14«/ 14") wenigstens einen Teil (20; 22'; 22") besitzt, der in einem Winkel in bezug auf die Achse der ' Relativdrehung des Paares von Bauteilen (10, 12) angeordnet ist, so daß eine Nut (20) mit der überlappten Folie (14; 14'; 14") ausgebildet wird, um den Strömungsmittelfluß zu induzieren.
4. Folienlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (18; 22; 24) einer jeden Folie (14) im Winkel so angeordnet ist, daß eine Vielzahl von fisehgrätförmigen Nuten zwischen sich überlappenden Folien ausgebildet wird, um den Strömungsmittelfluß gegen die

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Mitte der Lagerfolien zu induzieren.
5. Folienlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (19*; 22¹) einer jeden Folie (14¹) im Winkel so angeordnet ist, daß eine Vielzahl von winkelförmigen Nuten zwischen sich Überlappenden Folien ausgebildet wird, damit der Strömungsmittelfluß auf die Mitte der Lagerfolien zu induziert wird.
6. Folienlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte freie Ende (18"; 22") einer jeden Folie (14") im Winkel längs der gesamten Längserstreckung ausgebildet ist.
7. Folienlager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein Lagertragbauteil (12) mit einer Öffnung zur Aufnahme einer drehbaren Welle (10),

eine drehbare Welle (10), die innerhalb der Öffnung des Lagertragbauteiles (12) angeordnet ist, und

ein federndes Folienlager (14), das antriebsmäßig zwischen der drehbaren Welle (10) und dem Lagertragbauteil (12) angeordnet ist, wobei das federnde Folienlager eine Vielzahl von federnden, sich Überlappenden Folien (14; 14'; 14"), die innerhalb der drehbaren Welle (10) befestigt sind, und eine Vorrichtung (20), die den Strömungsmittel-

fluß auf die Mitte des Lagers zu induziert, aufweist. j
8. Folienlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich- ^: tung (20), die den Strömungsmittelfluß auf die Mitte der Lager zu induziert, eine Vielzahl von etwa pfeilförmigen Nuten aufweist, die zwischen sich Überlappenden Folien (14") ausgebildet sind.
9. Folienlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) zum Induzieren des Strömungsmittelflusses auf die Mitte der

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Lager zu eine Vielzahl von fischgrötförmigen Nuten aufweist, die zwischen sich Überlappenden Folien (14) ausgebildet sind,
10. Folienlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von federnden, sich überlappenden Folien (14; 14'; 14") in der die Welle (10) aufnehmenden Öffnung des Lagertragbauteiles (12) befestigt sind.
11. Federnde Folie für eine hydrodynamische bzw. hydrostatische Folienlageranordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein bogenförmig gekrümmtes federndes Bauteil (14; 14*; 14") mit einer Befestigungsvorrichtung am einen Ende vorgesehen ist, und daß wenigstens ein Teil des anderen Endes (22, 24; 22'/ 22") im Winkel in bezug auf das die Befestigungsvorrichtung einschließende Ende vorgesehen ist.
12. Federnde Folie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (22, 24) des federnden Bauteiles fischgrätförmig ausgebildet ist.
13. Federnde Folie nach Anspruch!1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (22*) des federnden Bauteiles (14¹) pfeilförmig ausgebildet ist.
14. Federnde Folie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende (22") des federnden Bauteiles (14") im Winkel zur gesamten Länge angeordnet ist.

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