DE3013630C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Fluidfilmlager der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein solches hydrodynamisches Fluidfilmlager ist aus der US- PS 38 09 443 bekannt.

Hydrodynamische Fluidfilmlager werden erfolgreich zum La­ gern von rotierenden Maschinenteilen benutzt, und zwar bei hohen Drehzahlen. Bei hydrodynamischen Fluidfilmlagern sind die Lagerflächen durch eine dünne Schicht entweder einer Flüssigkeit oder eines Gases voneinander getrennt. Durch die Relativbewegung der Lagerflächen wird zwischen densel­ ben ein Fluidfilm aufgebaut und Druck erzeugt, wodurch sie sich von hydrostatischen Lagern unterscheiden, welche eine Zufuhr von Druckmittel aus einer äußeren Quelle verlangen.

Obschon viele der bekannten hydrodynamischen Fluidfilmlager gewöhnlich steif sind und starr montiert werden, so daß sie sich nicht selbst ausrichten können, sofern nicht kompli­ zierte, teuere und häufig störanfällige Kardan- und Ge­ lenklagerungen vorgesehen werden, wurden durch jüngste Wei­ terentwicklungen nachgiebige hydrodynamische Fluidfilmlager geschaffen, die mit Lagereinsatzanordnungen mit Folien zur Erzeugung von Schmierfilmen und zur Übertragung der Lager­ belastung versehen sind. Dabei ist das eingangs erwähnte, aus der US-PS 38 09 443 bekannte Fluidfilmlager ebenso wie ein aus der US-PS 37 47 997 bekanntes Fluidfilmlager mit einer einteiligen Folie versehen, wogegen aus den US-PS 33 75 046, 33 82 014 und 40 82 375 bekannte Fluidfilmlager mit mehreren Folien versehen sind. In der US-PS 36 35 534 sind beide Ausführungsarten beschrieben.

Bei dem hydrodynamischen Fluidfilmlager nach der obener­ wähnten US-PS 38 09 443 sollen sich während der Rotation des Läufers mehrere Fluidkeile zwischen dem Läufer und der auf den Federauflagen aufliegenden Folie bilden. Hierzu muß sich die Folie zwischen den Federauflagen von der Lagerflä­ che des Läufers weg durchbiegen, damit die Fluidkeile auf­ gebaut werden können. Anschließend, während des weiteren Betriebes muß das Nachfließen von Fluid in den Bereich der Durchbiegungen gewährleistet bleiben, damit die Fluidkeile aufrechterhalten werden. Dabei wird das Durchbiegen durch Vorsehen eines verhältnismäßig großen Abstands zwischen den gewellten Federauflagen erreicht. Das bringt aber den Nach­ teil mit sich, daß die Anzahl der gewellten Federauflagen beschränkt ist, was sich wiederum nachteilig auf die Trag­ fähigkeit des Lagers auswirkt. Außerdem ist das Nachfließen von Druckfluid in den Bereich der Durchbiegung der nachgie­ bigen Folie, um durch seitliches Lecken abströmendes Fluid zu ersetzen und so die Fluidfilmdicke aufrechtzuerhalten, nicht zufriedenstellend gewährleistet.

In dieser Hinsicht ist das hydrodynamische Fluidfilmlager nach der oben ebenfalls erwähnten US-PS 40 82 375 besser, weil durch die Aufteilung der Auflage in mehrere separate, Abstand von einander aufweisende einzelne Federauflage­ stücke die Möglichkeit besteht, statt einer einteiligen Fo­ lie auch mehrere Folienstücke zu benutzen, die zwischen den separaten Federauflagen an dem stationären Lagerteil befe­ stigt sind. Ein Durchbiegen der nachgiebigen Folien braucht dabei nicht eingeleitet zu werden. Diese haben nämlich, be­ dingt durch die konstruktive Gestaltung des Lagers, die ge­ wünschte Form zur Bildung des Fluidkeils während des Be­ triebes, und außerdem ist die Zufuhr von Druckfluid durch die Unterberechung der Folie zwischen den separaten Feder­ auflagen gewährleistet. Allerdings wird das bei diesem La­ ger durch einen wesentlich erhöhten konstruktiven Aufwand erreicht.

Die GB-PS 11 81 063 beschreibt ein Gleitlager mit einer U- förmigen Wellenhalterung, bei der Druckfluid durch Öffnun­ gen in einer inneren Lagerfläche zwischen Welle und La­ gerfläche eingeleitet wird, um den Reibungswiderstand her­ abzusetzen. Bei dieser Lagerbauart handelt es sich nicht um ein hydrodynamisches Fluidfilmlager, weshalb das Problem, das bei den bekannten hydrodynamischen Fluidfilmlagern auf­ tritt und darin besteht, daß aufgrund der hydrodynamischen Erzeugung der Schmierfluidkeile die Filmdicke durch seitli­ ches Lecken abnimmt und das verlorene Fluid nicht wieder gleichförmig zugeführt wird, hier auch nicht auftreten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem hydrodynamischen Fluidfilmlager der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Art auf konstruktiv einfachere Weise die Druck­ fluidzufuhr zu dem Fluidfilmkeil zu gewährleisten und auf­ rechtzuerhalten.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Bei dem hydrodynamischen Fluidfilmlager nach der Erfindung ist die Folie nur zwischen den Federauflagen über ihrer ge­ samten Breite mit Perforationsreihen versehen, was ge­ währleistet, daß bei Rotation unter Belastung Schmierfluid­ keile gebildet und wirksam aufrechterhalten werden. Die Perforationsreihen gewährleisten bei Rotation nämlich sowohl die Durchbiegung der Folie für die Erzeugung der Schmierfluidkeile als auch ein gleichförmiges Nachfließen des in seitliche Richtung abströmenden Leckfluids.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Ge­ genstände der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt ein hydrodynamisches Fluidfilmlager in Ruhe­ stellung,

Fig. 2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt das hydrodynamische Fluidfilmlager während der Rotation,

Fig. 3, 4 und 5 das hydrodynamische Fluidfilmlager in An­ sichten wie in Fig. 1, jedoch mit anderen Folien,

Fig. 6 in Seitenansicht ein hydrodynamisches Fluid­ filmlager, das als Drucklager ausgebildet ist,

Fig. 7 das Drucklager nach Fig. 6 in auseinanderge­ zogener perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 in perspektivischer Darstellung ein hydrody­ namisches Fluidfilmlager mit einer abgewan­ delten Unterlage für die Folie, und

Fig. 9 eine Querschnittansicht eines hydrodynami­ schen Fluidfilmlagers, das als Radiallager ausgebildet ist.

In den Figuren, in denen gleiche Bauteile mit denselben Bezugzeichen versehen sind, ist eine Lagereinsatzanordnung 10 zwischen einem stationären Lagerteil 12 und einem relativ dazu beweglichen Läufer 14 vorgesehen. Im Falle eines Druck­ lagers ist der Läufer ein Axialdruckläufer und im Falle eines Radiallagers eine Welle. Die Lagereinsatzanordnung 10 ist auf dem stationären Lagerteil 12 befestigt und ist dementsprechend in bezug auf den Läufer 14 ebenfalls stationär. Die Lagereinsatzanordnung 10 be­ steht aus einer einteiligen, nachgiebigen Folie 16, wel­ che auf einer Unterlage 18 aus mehreren elastischen, gewellten Federauflagen 26 ruht. Die Folie 16 besteht aus dünnem Metallblech oder aus einem anderen nachgiebigen Werkstoff, dessen Dicke im Vergleich zu seinen seitlichen Abmessungen verhältnismäßig klein ist, damit sie nach Erzeugung eines hydrodynamischen Fluidfilms örtlich ver­ formbar und durchbiegbar ist und sich Unregelmäßigkeiten und Ausrichtungsfehlern anpassen kann. Weil in den Figuren darge­ stellt, hat die Folie 16 Perforationsreihen 20, welche jeweils längs einer quer zur Bewegungsrichtung des Läufers 14 verlau­ fenden Linie gruppiert sind. Die Perforationsreihen 20 erstrecken sich über die gesamte Breite der Folie 16 und dienen zum Einleiten einer Foliendurchbiegung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, da sie eine Linie relativer Schwächung der Folie darstellen. Außerdem stellen die Perforationsreihen 20 einen Strömungsweg zur Verfügung, längs wel­ chem Fluid gleichförmig in den Abstand 22 zwischen der Folie 16 und dem Läufer 14 einströmen kann, um durch wirksames Nachfließen das durch seitliches Lecken abströmende Fluid zu ersetzen und eine maximale Aufrechterhaltung des Druckes zu gewährleisten. Die Perforationsreihen 20 befinden sich über dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Federauflagen 26, um die erwünschte Foliendurchbiegung und eine freie Fluidströmung zu erreichen.

Gemäß den Fig. 3, 4 und 5 kann die Folie 16 be­ arbeitet werden durch Einarbeiten einer flachen Nut, einer schwa­ chen Verformung oder einer Abrundung der Perforationsränder (wie sie beim Durchlöchern entsteht), um eine langsame Bildung des hy­ drodynamischen Fluidfilms anzustreben, durch den die Foliendurchbiegung eingelei­ tet wird, welche die Entstehung des Fluidfilms bewirkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 sind die gewellten Federauflagen 26 an ihrem vorderen Rand mit dem stationären Lagerteil 12 durch Schweißen verbunden. Jede Federauflage 26 hat mehrere in gleichförmigem Abstand voneinander angeordnete Wellen, welche parallel zur Vorderkante des Fluidfilm­ keiles und im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Läufers 14 verlaufen. Der Abstand zwischen benachbarten Wellen einer Federauf­ lage 26 der Unterlage 18 ist klein im Verhältnis zu dem Abstand zwischen benachbarten Wellen an benachbarten Federauflagen, so daß eine Durchbiegung der Folie im wesentlichen nur zwischen den Federauflagen 26, jedoch nicht zwischen den Wellen einer Federauflage auftreten kann. In dieser Weise dient jede Federauflage 26 als elastische Stütze für die Folie 16 auf einer bestimmten Umfangslänge, der Abmessung keinen übermäßigen Fluidfilmverlust durch seitliches Lecken ergibt, be­ vor durch die Perforationsreihen 20 wieder Fluid zugeführt wird.

In dem Ausführungsbeispiel des Drucklagers nach den Fig. 6 und 7 besteht die Folie 16 aus einer ebenen Scheibe, und die Federauflagen 26 bestehen aus Segmenten. Fig. 9 zeigt ein Radiallager, bei dem die Folien 16 aus einer einzigen zylindrischen Hülse besteht, die an ihrem einen Ende 28 an einer Büchse 30 als stationärem Lagerteil befestigt ist und deren anderes Ende frei ist.

Die Perforationsreihen können verschiedene Formen aufweisen. Sie können kreisförmig sein wie die Perforationsreihen 20 oder länglich wie die Perforationsreihen 20′ in Fig. 7. Außerdem können die Perforationsreihen in verschiedener Art und Weise gruppiert werden, z. B. in einer einzelnen, einer doppelten oder einer dreifachen Reihe und in verschiedenen Abständen und Mustern.

Fig. 8 zeigt als Alternative zu der Anwendung von getrennten Federauflagen 26 als Unterlage 18 die Benutzung einer einteiligen Federauflage 32, bei der die parallelen Wellen teilweise durch Nuten 34 voneinan­ der getrennt sind zur Bildung der Unterlage 18. Bei dem dargestellten Drucklager sind die Nuten 34 radial angeordnet in Deckung mit den ebenfalls radialen Linien der Perforationsreihen 20 der Folie 16. Zur Begünstigung der Kühlung ist weiter die Federauflage 32 an den Wellen mit mehreren parallelen Quernuten 36 versehen.

Claims (6)

1. Hydrodynamisches Fluidfilmlager mit einem stationären Lagerteil (12; 30) und einem Läufer (14), die jeweils mit einer Lagerfläche versehen sind, zwischen denen eine elas­ tische Lagereinsatzanordnung (10) vorgesehen ist, die eine elastische an dem stationären Lagerteil (12; 30) befestigte Unterlage (18) und zwischen der Unterlage (18) und dem Läufer (14) eine nachgiebige, einteilige, an der Unterlage (18) befestigte Folie (16) aufweist, wobei die Unterlage (18) mehrere in Abstand voneinander angeordnete gewellte Federauflagen (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (16) zwischen den Federauflagen (26) über ihrer gesamten Breite mit Per­ forationsreihen (20, 20′) versehen ist.

2. Hydrodynamisches Fluidfilmlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Axiallager mit scheiben­ förmiger Folie (16) ist und die Perforationsreihen (20; 20′) radial verlaufen.

3. Hydrodynamisches Fluidfilmlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Radiallager mit zylin­ drischer Folie (16) ist.

4. Hydrodynamisches Fluidfilmlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (16) längs jeder Perforationsreihe (20; 20′) zu dem stationären Lager­ teil (12; 30) hin verformt ist.

5. Hydrodynamisches Fluidfilmlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (16) an den Perforationsreihen (20; 20′) örtlich eingenutet ist.

6. Hydrodynamisches Fluidfilmlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Perforations­ reihen (20; 20′) zwischen zwei benachbarten gewellten Federauflagen (26) vorgesehen sind.