DE2909973A1

DE2909973A1 - Aerodynamisches mehrkeilfederlager

Info

Publication number: DE2909973A1
Application number: DE19792909973
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof Dr Ing Glienicke
Original assignee: FORSCHUNGSVEREINIGUNG VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINEN EV; VERBRENNUNGSKRAFTMASCH FORSCH
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2909973C2; JPS55166523A; GB2054063B; SE435206B; US4315660A; JPS6049768B2; FR2451500B1; FR2451500A1; SE8001982L; GB2054063A

Description

Die Erfindung betrifft ein aerodynamisches Mehrkeilfederlager mit zwei relativ zueinander gleitendenLagerteilen und einer elastischen und dämpfenden Struktur, die mit einem Lagerteil verbunden ist und aus dünnwandigen elastischen Folien besteht.

Aerodynamische Lager verwenden als Schmiermittel Luft oder andere Gase. Der für die Tragkraft des Lagers notwendige Druck im Schmierspalt wird ähnlich wie bei hydrodynamischen Lagern selbsttätig durch die Gleitbewegung der Laufflächen in keilförmig konvergierenden Bereichen des Schmierspaltes (Tragkeil oder Schmierkeil) erzeugt. Mehrere Schmierkeile auf dem Lagerumfang verbessern die Lagerführung und -Stabilität.

030 0 4170023

Die niedrige Viskosität von Gasen ermöglicht im Vergleich zu flüssigkeitsgeschmierten Lagern erheblich höhere Gleitgeschwindigkeiten. Gleichzeitig wird die Verlustleistung im Lager herabgesetzt. Gase behalten ihre Schmiereigenschaften über weite Temperaturbereiche von sehr niedrigen bis sehr hohen Temparaturen bei. Außerdem gibt es keine Dichtungsprobleme, da ein aerodynamisches Lager sein Schmiermittel aus dem Arbeitsmedium entnimmt. Aus diesen Gründen können aerodynamische Lager für extreme Betriebsbedingungen verwendet werden, für Lager mit extrem hohen Umfanggeschwindigkeiten und Lager, die sowohl bei extrem niedrigen als auch extrem hohen Betriebstemparaturen arbeiten sollen. Anwendungsbereiche sind Schnellaufende Wellen beliebiger Art, z.B. Kleingasturbinen und Abgasturbolader und andere kleine Turbomaschinen.

Bei aerodynamischen Federlagern wird ein Lagerteil mit einer elastischen und dämpfenden Struktur aus dünnwandigen elastischen Pollen versehen, die die Lauffläche dieses Lagerteiles bildet. Diese Struktur gibt bei thermischer Ausdehnung des anderen Lagerteiles nach, so daß eine ausreichende Schmierspalthöhe erhalten bleibt. Außerdem dient die Struktur zur Dämpfung von Lagerschwingungen, die bei bestimmten kritischen Drehzahlen als Resonanzschwingungen und jenseits einer Stabilitätsgrenzdrehzahl als selbsterregte Schwingungen auftreten.

Bei einem bekannten Radiallager dieser Art ist das kreisrunde Lagergehäuse mit einem gewellten federnden Band ausgekleidet. Auf diesem liegt als Lauffläche ein durchgehendes dünnes federndes Band. Dieses Federlager ist sehr weich abgestützt und besitzt nur ei-

Dämpfung.
ne relativ geringe/Es ist wegen des kreisrunden Gesamtquerschnitts

0300A1/0023 3

der Lauffläche kein MehrkeiHager, so daß von ihm schon bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen selbsterregte Schwfngiingen ausgehen können.

Ein anderes bekanntes Federlager verwendet eine Vielzahl von. Folien, die mit einem Ende an dem zugehörigen Lagerteil be-* festigt sind und deren anderes Ende die benachbarte Folie überlappt. Die Gesamtheit der freien Fölienenden bildet die Lauffläche. Dieses Lager ist besser gedämpft. Jedoch sind die Folien gegen die Lauffläche des anderen Lagerteile elastisch vorgespannt. Das führt beim Anfahren des Lagers bis zur Ausbildung des aerodynamischen Schmierkeils zu hoher Reibung und starkem Verschleiß.

Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile der bekannten Lager zu vermeiden und insbesondere die Gesamtlagerdämpfung zu verbessern und die Anfahrreibung zu vermindern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch zwei übereinanderliegende durchgehende Folien, von denen die eine Folie die Lauffläche bildet und über Stege auf der zweiten Folie abgestützt ist, die ihrerseits über Stege auf dem zugehörigen Lagerteil abgestützt ist, wobei die Stege der einen Folie zwischen den Stegen der anderen Folie und alle Stege senkrecht zur Laufrichtung angeordnet sind und die die Lauffläche bildende Folie so zwangsgeführt wird, daß sich der Schmierspalt über dem Lagerumfang mehrmals keilförmig verengt* .. . ' /

Mit dieser Folienanordnung wird ein Mehrkeilfederlager gebildet, das sich im Betrieb auch großen elastischen und thermischen Ver-* formungen des anderen Lagerteiles selbsttätig durch elastische

0300A170Ö23 r ;,4

Verformungen der JTolien anpaßt. Die G-esamtlagerdämpfung wird durch die federnde und dämpfende Abstützung der lagerschale und die gasgefüllten Spalte hinter den Folien erhöht. Damit wird die Lagerstabilität verbessert und die Stabilitätsgrenze zu höheren Drehzahlen hin verschoben. Da die Folien nicht gegen die Lauffläche des anderen Lagerteils elastisch vorgespannt sind, sind die Lagerreibung im Anfahrbereich und der Verschleiß erheblich vermindert. Dadurch werden an die Verschleißfestigkeit und Gleiteigenschaften des Folienmateriales geringere Anforderungen gestellt, Das läßt einen größeren Spielraum bei der Auswahl der Lagerwerkstoffe zu. Außerdem ist dieses Federlager für Drehbewegungen in -beide Drehrichtungen geeignet.

Bei einem Radiallager wird die Erfindung dadurch verwirklicht, daß die beiden Folien zwei ineinander und in die Gehäusebohrung eingesetzte dünnwandige elastische Hülsen sind, deren innere einen von der Kreisform abweichenden Gesamtquerschnitt besitzt. Damit ergeben sich auf dem Lagerumfang mehrere keilförmige Verengungen des Schmierspaltes zwischen dieser Hülse und dem kreisrunden Lagerzapfen. Zum Beispiel kann der Gesamtquerschnitt aus mehreren Kreisbogen-Abschnitten bestehen, deren Radius größer ist als der größte Halbmesser der Hülse.

Man kann auch Hülsen mit kreisförmigem Querschnitt verwenden, die in der Gehäusebohrung zu einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt elastisch verspannt sind. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, z.B. durch eine entsprechende Anordnung und/oder Bemessung der Stege oder durch die Teilung des Lagergehäuses und einen Spalt in der Teilfuge. In diesem Falle kann die Einspannung

030041/0023 5

der gesamten aus Federn und Stegen bestehenden elastischen und dämpfenden Struktur im Lagergehäuse gleichzeitig zu ihrer Befestigung dienen.

Die elastische und dämpfende Struktur kann in der G ehäu se "bohrung auch formschlüssig befestigt sein.

Pur ein konisches lager gilt dasselbe wie für ein Radiallager mit der bekannten Abwandlung, daß die Lagerflächen nicht..zylindrisch, sondern konisch verlaufen.

Bei einem Axiallager wird die Folie, die die lauffläche bildet, über die Stege in leichten Wellen geführt, so daß zwischen dieser Folie und der ebenen Lauffläche des anderen Lagerteiles über den Lagerumfang mehrere keilförmige Verengungen des Schmierspaltes entstehen.

Die Folie, die die Lauffläche bildet, kann an einer oder mehreren Stellen des Umfanges mit einem Schlitz senkrecht zur Laufrichtung aufgetrennt sein. Damit wird ihre Fähigkeit vergrößert _t sich elastischen und thermischen Verformungen des anderen Lagerteiles anzupassen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen für Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung der Folienlageranordnung dieser Erfindung

Figur 2: einen Querschnitt durch ein Radiallager

030041/0023, ^

In Figur 1 wird das Lagerteil 1 in Pfeilrichtung gegen das lagerteil ? bewegt. Mit dem Lagerteil 2 ist die aus zwei übereinanderliegenden Folien 3 und 4 bestehende elastische und dämpfende Struktur über Stege 5 und 6 fest verbunden. Die untere Folie 4 dient als federnde und dämpfende Laufflächenabstützung. Sie ist über Stege 6 mit dem Lagerteil 2 verbunden. Die obere Folie 3 bildet die eigentliche Lauffläche. Sie ist über Stege 5 mit der Stützfolie 4 verbunden, \vobei die Stege 5 zwischen den Stegen β angeordnet sind. Die Folie 3 ist so zwangsgeführt, daß der Schmierspalt 7 zwischen dieser Folie und dem anderen Lagerteil 1 sich über den Lagerumfang mehrfach bei 8 keilförmig verengt. Das geschieht hier durch die Bemessung der Stege 5. In dieser Form kann z.B. die elastische und dämpfende Struktur für ein Axiallager ausgebildet werden, bei dem sich zwei ebene Laufflächen gegenüber stehen. Die Stege 5 und 6 verlaufen senkrecht zur Laufrichtung, also bei einem Axiallager radial.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Radiallager mit einer elastischen und dämpfenden Struktur nach dieser Erfindung. Im Lagergehäuse 9 befinden sich zwei ineinandergesetzte dünnwandige elastische Hülsen 1o und 11. Die innere Hülse 1o dient als eigentliche Lagerschale. Sie ist über Stege 12 auf der äußeren Hülse 11 abgestützt, die ihrerseits über Stege 13 auf der Innenwand der Gehäusebohrung 14 abgestützt ist. Die Stege 12 sind zwischen den Stegen 13 angeordnet. Alle Stege verlaufen senkrecht zur Laufrichtung, also bei dem Radiallager axial. Auf diese Weise ist die äußere Hülse 11 eine federnde und dämpfende Abstützung der inneren Hülse 1o. Der usprünglich kreisförmige Querschnitt ist durch die JOinspannung der elastischen und dämpfenden Struktur in die Gehäusebohrung 14 so verformt worden, daß im Schmiersps.lt zwischen

030041/0023 7

der Hülse 1o und dem kreisrunden Lagerzapfen 16 auf dem Lagerumfang vier keilförmige Verengungen entstehen. Zur Verspannung der elastischen und dämpfenden Struktur hat die Gehäusebohrung 14 einen zitronenförmigen Gesamtquerschnitt. Dieser wurde in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß die Bohrung mit einer Beilage in der Teilfuge 15 gedreht und die Beilage anschließend entfernt wurde.

03 0041/0023

Claims

FRIEDRICH-WILHELM ENGEL 75ooKARLSRUHE1 RECHTSANWALT L A M M S T F. A S S E ,1 TELEFON (Ο721) 33011 D IPLOM PH YSI KER 13.5.1979/we Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. "Aero dynami s ehe s Mehrke iIfe derlager" Bat entansprüch e

1. Aerodynamisches Mehrkeilfederlager mit zwei relativ zueinander gleitenden lagerteilen und einer elastischen und dämpfenden

Struktur, die mit einem Lagerteil verbunden ist und aus dünnwandigen elastischen Folien besteht, gekennzeichnet durch zwei übereinanderliegende durchgehende Folien (3/4)» von denen die eine die Lauffläche bildet und über Stege (5) auf der zweiten Folie [A) abgestützt ist, die ihrerseits über Stege (6,) auf dem zugehörigen Lagerteil (2) abgestützt ist, wobei die Stege der einen Folie zwischen den Stegen der anderen Folie und alle Stege senkrecht zur Laufrichtung angeordnet sind und die die Lauffläche bildende Folie (3) so zwangsgeführt wird, daß sich der Schmierspalt (7) über dem Lagerumfang mehrmals keilförmig verengt.

2. Als Radiallager ausgestaltetes Mehrkeilfederlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Folien zwei ineinander

Q3Q041/0023 . ⁹

Dresdner Bank Karlsruhe (BLZ 66080052) KtoTNr. 6107722; Postscheckkonto Karlsruhe (BLZ 66010075) Nr. 147363-751 Zugelassen beim Landgericht Karlsruhe und Oberlandesgericht Karlsruhe

a ⁹

und in die Gehäusebohrung eingesetzte dünnwandige elastische Hülsen (1o, 11) sind, deren innere einen von der Kreisform abweichenden Gesamtquerschnitt besitzt.

3. Als Radiallager ausgebildetes Mehrkeilfederlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen in der Gehäusebohrung (14) zu einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt elastisch verspannte kreiszylindrische Hülsen sind.

4. MehrkeiIfederlager nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Hülsen und Stegen bestehende elastische und

dämpfende Struktur durch Verspannen in der Gehäusebohrung befestigt ist.

5. Mehrkeilfederlager nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische und dämpfende Struktur formschlüssig

in der Gehäusebohrung befestigt ist.

6. Mehrkeilfederlager nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie, die die lauffläche bildet, an einer oder

mehreren Stellen des Umfangs mit einem Schlitz senkrecht zur Laufrichtung aufgetrennt ist.

030041/0023