DE3418973A1

DE3418973A1 - Folienlager und ein verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3418973A1
Application number: DE19843418973
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Ebina Kanagawa Fukuyama
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1983-05-23
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1984-11-29
Also published as: GB2141792A; FR2546426A1; FR2546426B1; JPS59217011A; GB2141792B; GB8412462D0

Description

Nippon Seiko K.K., Tokyo, Japan

Folienlager und ein Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Folienlager und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Folienlager, in welchem eine Lagerfläche des flexiblen Folienlagers durch Nachbilden längs der Außenumfangsflache eines OriginalStabes oder einer Bezugswelle mit der Vergütungsglühtemperatur gebildet wird, wobei die Lagerfläche anschließend auf einer gewünschten Drehwelle montiert wird, um das Anfangs- und das Rotationsdrehmoment zu reduzieren und um seine Leistungsfähigkeit bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Bis jetzt ist ein Folienlager eines Radialgaslagers vom dynamischen Drucktyp bekannt, in welchem eine Einzel-, tafel einer Metallfolie oder mehrere Folien angeordnet sind, um eine Drehwelle lagernd zu umgeben und aufzunehmen.

Solch ein Folienlager hat aufgrund einer innewohnenden Flexibilität der Metallfolie viele Vorteile, z.B. höhere elastische Trägerkapazität und größeren Widerstand gegenüber thermischer Verformung, welche bisher nicht von irgendeinem üblichen Gasträger erreicht worden sind.

Es gibt bekanntlich zwei Arten von Folienlagern, wobei bei dem einen eine von einer Metallfolie oder Folien gelieferte Spannung oder bei dem anderen seine Biegefestigkeit oder -steifigkeit genutzt wird.

Unter den zuvor bekannten Lagern ist das Folienlager vom Spannungstyp aus mehreren Trägergliedern zusammengesetzt, welche axial um eine Drehwelle angeordnet sind und voneinander auf einen geeigneten Abstand zum Führen und Halten der Metallfolie gehalten werden, wobei eine Tafel einer Einzelmetallfolie um die Drehwelle durch die Halteglieder so gedehnt wird, daß die Metallfolie unter geeigneter Spannung zwischen seinen entgegengesetzten Enden gestreckt und dabei leicht eine Lagerfläche mit hoher Spielgenauigkeit gewährleistet wird, um eine sehr wirkungsvolle Gasschicht zu bilden.

Mit Hilfe dieser Konstruktion ist das für diese Folienlagerart erforderliche Rotationsdrehmoment ziemlich niedrig, aber von einem hohen Anfangsdrehmoment aufgrund der Tatsache begleitet, daß die Metallfolie die Drehwelle eng umwickelt und diese beim Stoppen erfaßt.

Andererseits werden verschiedene biegbare Folienlager, z.B. Mehrblatt-, Hydrocele(-Mehrpad)-, Mehrfachschleifen- und ähnliche Ausführungstypen, verwendet.

Alle diese Folienlager sind aus mehreren, unter Pressen hergestellte Metallfolien zusammengesetzt, welche zusammengebaut und am Lagergehäuse zum Aufnehmen und Lagern der Welle aufgrund ihrer Steifheit gegenüber Biegen befestigt werden. Aufgrund dieser allgemeinen Konstruktion trifft es zu, daß ihr Anfangsdrehmoment beträchtlich geringer als dasjenige der genannten Spannungstypen ist, es aber verschiedene Nachteile gibt, die dem unabhängigen Funktionieren der jeweiligen Blätter der zusammengesetzten Blätter während des Laufes zugeschrieben werden. Das heißt, daß es schwierig ist, eine Lagerfläche mit hoher Lagerspielgenauigkeit zur Bildung einer effektiven Gasschicht

zu gewährleisten, welche einen hohen Kontaktdruck zwischen der Metallfolie und der Welle liefert, was aber ein hohes Anfangsdrehmoment erfordert und somit zu einer Verschlechterung der Eigenschaft während einer hohen Umdrehung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Folienlager vorzuschlagen, um die zuvor genannten Nachteile auszuschalten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und des Anspruchs 3 gelöst.

Gemäß der Erfindung soll insbesondere ein Folienlager vorgeschlagen werden, das eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit der aufzunehmenden Welle mit einem minimalen Drehmoment sowohl zu Anfang als auch bei normalem Lauf erlaubt.

Mit der Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung des beanspruchten Folienlagers vorgeschlagen werden, das dadurch gebildet wird, indem seine Lagerfläche der Metallfolie einer neuen Art von Wärmebehandlung ausgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Folienlager wird dadurch konstruiert, indem eine flexible Metallfolientafel unter Halten gestreckt wird, um eine Drehwelle einer Maschine, eines Gerätes oder einer ähnlichen Vorrichtung zu umgeben, wobei mehrere Trägerglieder in axialer Richtung angeordnet sind und bei geeignetem Abstand voneinander um die Außenperipherie der Drehwelle geführt werden.

Die Metallfolie wird durch Wärmebehandlung gebildet, um eine Lagerfläche mit einem etwas größeren Innendurchmesser als die Drehwelle und um auch ein vorbestimmtes Lagerspiel zu haben, und daß die so hergestellte Metallfolie an der passenden Welle angebracht wird, wobei mindestens das eine axiale Ende davon an dem einen der Trägerglieder befestigt wird.

Das Folienlager nach der Erfindung kann wie folgt hergestellt werden:

Anstelle einer aufzunehmenden Drehwelle wird eine Bezugswelle oder -stab (master bar or rod) mit einer Außenfläche, welche einen etwas größeren Durchmesser als die Welle mit einem vorbestimmten Lagerspiel aufweist, in einen Bereich eingesetzt, in dem die Metallfolie die Drehwelle umgeben wird und dann eine geeignete Zugspannung durch ein bestimmtes Mittel auf die Metallfolie ausgeübt wird, so daß die Folie die Bezugswelle eng umgeben kann und die Metallfolie wie auch die Bezugswelle in diesem umgebenden Zustand gehalten und zusammen in einen Wärmebehandlungsofen geführt, hier erhitzt und abgekühlt werden.

Mit Hilfe dieser Maßnahmen wird die Metallfolie mit einer Innenlagerflache gebildet, die dadurch erhalten wird, daß die Außenfläche der Bezugswelle genau umfahren wird.

Durch die genannten Schritte wird, da die Metallfolie durch Wärmebehandlung gebildet ist, um eine Lagerfläche mit einem Außendurchmesser zu haben, der etwas größer als die Drehwelle und groß genug für das erforderliche Lagerspiel ist, außerdem die Metallfolie

an der Drehwelle so angebracht, daß die Lagerfläche der Welle gegenübersteht, wobei mindestens das eine Ende der Folie am Trägerglied befestigt ist.

Demgemäß wird die Metallfolie die Drehwelle nicht eng erfassen, selbst wenn diese zu rotieren aufhört, was nicht nur zu einem sehr kleinen Anfangsdrehmoment führt, sondern auch eine Lagerfläche mit hoher Genauigkeit in Bezug auf das Lagerspiel liefert.

überdies können Folienlager nach der Erfindung hergestellt werden, indem ein üblicher Wärmebehandlungsofen oder benutzte Öfen verwendet werden, die auf bekannter Wärmebehandlung basieren.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be-Schreibung von bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Es zeigen:

F I G. 1 eine perspektivische Ansicht, die die Formgebung des erfindungsgemäßen Folienlagers veranschaulicht;

F I G. 2 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1;

FIG. 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, in der eine Metallfolie von an einem Außenzylinder angebrachten L-förmigen Haltestücken gehalten wird und ·

F I G. 4 eine Stirnansicht der Ausführungsform des in Fig. 3 dargestellten Folienlagers.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform der Formgebung einer Lagerfläche

auf einer im Folienlager der Erfindung benutzten Lagerfolie.

In der Zeichnung dient eine Einrichtung 10 zum Spannen für eine in Position befindliche einsatzbereite Metallfolie, welche aus zwei einander entgegengesetzten Haltescheiben 11, einem ersten Trägerglied 13, einem zweiten Trägerglied 14 und einem dritten Trägerglied 15 besteht.

Am Zentrum jeder Haltescheibe 11 ist eine zentrale öffnung 12 vorgesehen, wobei die gebildeten beiden öffnungen 12 auf der gleichen zentralen Achse beim Zusammenbau ausgerichtet sind.

Drei Trägerglieder 13 bis 15, vom ersten bis zum dritten, sind jeweils axial parallel zueinander angeordnet und auf Abstand bei Positionen gehalten, die die Haltescheiben 11 in drei gleiche Abschnitte unterteilen. Jedes der Trägerglieder 13 bis 15 besteht aus zwei Führungsstäben 16, die nahe zueinander positioniert und auf der gleichen Kreisfläche der Haltescheibe 11 vorgesehen sind. Trägerstäbe 17 sind radial nach außen angeordnet und haben den gleichen Abstand von den beiden Führungsstäben 16.

Die drei Trägerstäbe 17 haben den gleichen Durchmesser, wobei ihre Zentren auf dem gleichen Kreis der Haltescheibe 11 angeordnet sind.

Eine Bezugswelle 20 mit einem kleineren Außendurchmesser als die öffnung 12 wird in die beiden einander entgegengesetzten öffnungen 12 eingesetzt, wobei der Außendurchmesser der Bezugswelle 20 größer als derjenige der später zusammenzusetzenden Drehwelle zum tatsächlichen Gebrauch durch einen Durchmesser ist, welcher sich aus einem vorbestimmten Lagerspiel ergibt,

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und der ümfangsaufbau jedoch nicht nur auf einen runden Zylinder, wie in Fig. 11 dargestellt, begrenzt ist.

Was die Metallfolie 22 anbetrifft, wird ein Folienblatt benutzt, welches aus einer rostfreien Stahlfolie (10 μΐη Stärke) mit einer Breite herausgeschnitten wird, welche etwas kürzer als der Abstand zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Haltescheiben 11 ist und außerdem eine geeignete Länge hat. Die abgeschnittene Folie wird beim Durchlaufen von Passagen gestreckt, welche zwischen der Bezugswelle 20 und den Trägergliedern, 13, 14 und 15 nacheinander gebildet sind, beispielsweise dadurch, indem mit dem ersten Trägerglied 13, dann mit dem zweiten Trägerglied 14 und anschließend mit dem dritten Trägerglied 15 begonnen, dann wieder zum ersten Glied 13 zurückgekehrt und diese Reihenfolge wie zuvor wiederholt wird; und ferner in einer detaillierten Folge, indem eine schlangenförmige Bahn gewählt wird, die längs der radialen Innenfläche des Führungsstabes 16 des ersten Trägergliedes 13, der Außenfläche der Bezugswelle 20, der Innenfläche des einen FührungsStabes 16 des zweiten Trägergliedes 14, der Außenfläche des Trägerstabes 17, der Innenfläche des anderen FührungsStabes 16 des zweiten Führungsgliedes 14 und wieder längs der Außenfläche der Bezugswelle 20 gebogen.ist und weiter die gleiche Reihenfolge wiederholt wird. Zwei Längenenden 23 und 24 der Metallfolie 22 sind am Führungsstab 17 durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Schweißen oder ähnlichem befestigt, während der Metallfolie 22 eine gewünschte Zugspannung von einem nicht gezeigten Mittel gegeben wird, um die Bezugswelle 20 so eng zu befestigen, daß die Metallfolie 22 unter Zugspannung gehalten werden kann. Nachdem die Metallfolie 22 am Trägerstab 17 an beiden Enden 23 und 24 angeschweißt ist, werden überstehende Abschnitte der Metallfolie außerhalb der Schweißzone weggeschnitten.

Dann wird die die Metallfolie 22 streckende Einrichtung 10 mit der so um die Bezugswelle 20 ausgespannten Metallfolie 22 in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht und für eine bestimmte Zeit erhitzt. Die Temperatur des Ofens wird erhöht und dann in der Nahe der je nach Art des zu verwendenden Stahls variierenden Vergütungsglühtemperatur gehalten. Anschließend wird die erhitzte Einrichtung langsam abgekühlt.

Es wird bevorzugt, daß das Erhitzen im Vakuum, in einer neutralen Zone oder in einer inerten Gasatmosphäre, z.B. in Stickstoffgas oder ähnlichem, ausgeführt wird.

Die so erhitzte Metallfolie 22 kann entspannt werden und dadurch, daß sie nahe der Vergütungsglühtemperatur des Materials erhitzt worden ist, plastisch . verformt werden, so daß die Metallfolie 22 ihre Lagerfläche 25 durch genaues Nachbilden der Bezugswelle 20 erhält.

Nach Beenden der Wärmebehandlung wird die Bezugswelle 20 aus den öffnungen 12 der Haltescheibe 11 entfernt und dabei ein Folienlager erhalten, das aus der Metallfolienstreckeinrichtung 10 und der Metallfolie besteht, welche in der Spanneinrichtung 10 gestreckt und gebildet worden ist, um die verlangte Lagerfläche zu erhalten.

Das so hergestellte Folienlager 25 wird an einer Drehwelle montiert, welche einen ausreichend kleineren Durchmesser als die Bezugswelle 20 hat, um das verlangte Lagerspiel zu bilden.

In der erläuterten Ausführungsform sind beide Enden der Metallfolie 22 vor der Wärmebehandlung am Trägerstab 17 der Einrichtung 10 befestigt worden, doch kann die Metallfolie 22 während der Zeit alternativ •5 wärmebehandelt werden, bei der beide Enden durch das Spannungsgebende Mittel gehalten und dann die beiden Enden am Trägerstab 17 befestigt werden.

Die Metallfolie 22 wird in dieser Ausführungsform als eine zugeschnittene Einzeltafel erläutert, wobei jedoch auch mehrere Folienblätter benutzt werden können, indem beide Längenenden jeder Metallfolie 22 auf Trägerstäben befestigt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform, in der eine Metallfolie an drei Stellen der Wand eines Außenzylinders 30 gehalten wird.

Hier sind drei durch die Wand des Außenzylinders 30 führende Schlitze 31 gebildet, wobei jeder Schlitz 31 die gleiche Länge hat, sich axial von dem einen Ende des Außenzylinders 30 bis zur Hälfte am anderen Ende des Außenzylinders 30 erstreckt und am Umfang so positioniert ist, daß er den Umfang des Außenzylinders in drei Abschnitte unterteilt.

Drei Trägerglieder 13, 14 und 15 mit der gleichen Form und Größe werden teilweise in den jeweiligen Schlitz 31 eingeführt.

Jedes Trägerglied 13, 14 und 15 besteht aus zwei identischen L-förmigen Stücken, wobei die eine Seite "A" jedes Stückes symmetrisch stegverbunden angeordnet ist« während die Innenfläche der anderen Seite "B" des Stückes

die Außenfläche des Außenzylinders 30 nahe dem Rande des jeweiligen Schlitzes 31 berührt.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist eine Bezugswelle 20 in die öffnung 12 des Außenzylinders 30 einsetzbar, Wobei drei Metallfolientafeln dichtend die Bezugswelle 20 umgeben.

Zwei entgegengesetzte Enden jeder Folientafel längs der Kreisfläche der Bezugswelle 20 sind zwischen die passenden Seiten "A" der Trägerglieder 13, 14 und 15 und einen gesäumten Randabschnitt 32 der anderen Seite "B" jedes L-förmigen Gliedes eingesetzt.

Das Erwärmen zur Bildung der erforderlichen Lagefläche 25 wird in ähnlicher Weise wie in dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel vorgenommen.

Nachdem die Lagerfläche 25 hergestellt ist, wird die Bezugswelle 20 weggezogen, um ein vollständiges Folienlager gemäß Fig. 3 zu erhalten.

Wie aus den Erläuterungen hervorgeht, ist das erfindungsgemäße Folienlager so konstruiert, daß es eine Lagerfläche der Metallfolie hat, welche thermisch durch Nachbilden der Außenfläche der Bezugswelle 20 entstanden ist, welche einen größeren Außendurchmesser als die Drehwelle hat, um so ein vorbestimmtes Lagerspiel zu erhalten. Außerdem sind beide Folienenden an den Trägergliedern 13 bis 15 befestigt und stehen damit zum Anbringen für eine gewünschte Drehwelle bereit.

Folglich kann, da die Metallfolie 22 im erfindungs gemäßen Folienlager die Drehwelle beim Stoppen nicht erfaßt, nicht nur das Anfangsdrehmoment sehr niedrig ge-

halten, sondern auch eine Lagerfläche mit hoher Genauigkeit erhalten werden.

Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung ein Folienlager mit höherer Leistung.

überdies können Folienlager nach der vorliegenden Erfindung mit üblichen Wärmebehandlungsöfen hergestellt
werden, ohne daß eine besondere Ausstattung erforderlich ist. Sie sind daher vorteilhafter als die bekannten
Folienlager und günstiger als diese herstellbar.

Claims

Patentanwälte

Reichel u. Reichel

Parkstraße 13
eOOO Frankfurt a.M.l

1Ό7Ο2

Nippon Seiko K.K._f Tokyo, Japan

Patentansprüche

1/. Folienlager/

gekennzeichnet durch eine flexible Metallfolie, die von mehreren Trägergliedern (13, 14, 15) gehaltert ist, welche in Umfangsrichtung einer Drehwelle (20) einen geeigneten Abstand halten und so anzuwenden sind, daß die Drehwelle (20) von der Metallfolie (22) umgeben wird, und in welchem die Metallfolie (22) durch Wärmebehandlung gebildet ist, und wobei seine Lagerfläche (25) einen größeren Durchmesser als die Drehwelle (20) hat, so daß ein vorbestimmtes Lagerspiel zwischen der Drehwelle (20) und der Lagerfläche (25) der Metallfolie (22) erhalten wird und die Lagerfläche (25) der Metallfolie (22.) an der Drehwelle (20) angebracht wird, indem mindestens das eine Ende der Metallfolie (22) am Trägerglied (17) befestigt wird.
2. Folienlager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Trägerglied (13, 14, 15) aus zwei L-förmigen Stücken (A, B) besteht und in einem Schlitz (31) gehaltert ist, der axial durch die Wand eines Außenzy.linders (30) gebildet ist, und daß die Metallfolie (22) an jedem L-förmigen Stück (A, B) so befestigt ist, daß die Drehwelle (20) den Außenzylinder (30) umgibt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Folienlagers mit einer flexiblen Metallfolie, die von mehreren Trägergliedern voneinander in einer Umfangsrichtung einer Drehwelle auf einen geeigneten Abstand gehalten und so zu verwenden sind, daß die Drehwelle von der Metallfolie umgeben wird,

dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Drehwelle eine Bezugswelle mit einer Außenfläche eingesetzt wird, die mit der Lagerfläche des Folienträgers übereinstimmt, und daß die Bezugswelle einen ausreichend größeren Durchmesser als die Drehwelle hat, so daß ein vorbestimmtes Lagerspiel in einem Bereich erhalten wird, bei dem die Metallfolie die Drehwelle beim Zusammenbau umgeben kann, und daß eine Zugspannung dieser Einrichtung gegeben wird, indem die Bezugswelle durch ein geeignetes Mittel eingepreßt wird; das Trägerglied und die Metallfolie im Spannungszustand aufrechterhalten und in einem Wärmebehandlungsofen erhitzt werden; die erhitzten Glieder abgekühlt werden, um eine Lagerfläche auf der Oberfläche der Metallfolie zu bilden, die mit der Bezugswelle unter Zwang kontaktiert wird, so daß die Außenfläche der Bezugswelle kopiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekernzeichnet, daß die Metallfolie aus rostfreiem Stahl hergestellt wird, und daß das Erhitzen im Vakuum oder in einer inerten Gasatmosphäre in der Nähe der Vergütungsglühtemperatur des rostfreien Stahls ausgeführt wird.