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Hydrodynamisches Folienlager
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Folienlager
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Es ist ein Folienlager der genannten Art bekannt, bei dem jede Lagerfolie
durch einzelne, in eine Haltenut auf der Stützfläche des Stützkörpers befestigte
Federfolie elastisch nachgiebig abgestützt ist (DE-PS 23 61 226).
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Dieses bekannte Folienlager hat gute schwingungsdämpfende Eigenschaften.
Es besitzt jedoch den Nachteil, daß im Betrieb zwischen Lagerfolie und zugehöriger
Federfolie größere Relativbewegungen erfolgen, so daß eine ungünstig hohe Reibungserwärmung
im Folienlager entsteht.
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Hinzu kommt, daß dieses bekannte Folienlager aus vielen Lager- und
Federfolien zusammengesetzt werden muß. Jede einzelne Folie muß in eine besondere
Haltenut auf der Stützfläche des Stützkörpers eingsetzt und durch Metallkeile in
der Haltenut verkeilt werden. Die Fertigung des bekannten Folienlagers ist deshalb
aufwendig und teuer.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
ein hydrodynamisches Folienlager zu schaffen, welches trotz hoher Schwingungsdämpfung
eine niedrigere Betriebstemperatur aufweist und welches aus wenigen, wirtschaftlich
herstellbaren Lagerelementen einfach zusammengesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe ist entsprechend dem Kennzeichnen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Folienlager werden die auf die Lagerfolie
wirkenden Lagerkräfte von den Lappenvorsprüngen der Lagerfolie auf die biegeelastische
Federfolie über tragen. Die Federfolie ihrerseits wird lediglich auf den Stützlappen
der Montagefolie in einem Abstand von den Lappenvorsprüngen auf der Stützfläche
des Stützkörpers abgestützt. An der Stelle, wo sich die Lappenvorsprünge der Lagerfolie
abstützen, biegt sich die Federfolie etwas durch. Von der Tragfläche des Lagerfolie
herkommende Belastungsstöße werden deshalb von der Federfolie elastisch abgefangen.
Zwischen Federfolie und Stützkörper bildet das Strömungsmittel des Folienlagers
stoßdämpfende Quetschfilme.
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Beim Durchbiegen der Federfolie im Bereich zwischen zwei benachbarten
tragenden Stützlappen der Montagefolie erfolgen kleine Relativbewegungen an den
Berührungsstellen der Lagerfolie auf der Federfolie sowie an den Berührungsstellen
der Federfolie auf den Stützlappen.
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Die entsprechende Gleitreibung an diesen Berührungsstellen bewirkt
zusätzlich zu den Quetschfilmen, daß unerwünschte Schwingungen der Lagerfolien gedämpft
werden. Die entstehende Reibungswärme an den Berührungsstellen
wird
durch die Federfolie und die Montagefolie ungehindert weitergeleitet und an das
Strömungsmittel der Umgebung und an den Stützkörper abgegeben. Auf diese Weise läuft
das Folienlager mit einer relativ niedrigen Betriebstemperatur.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
2 bis 8 gekennzeichnet.
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Das erfindungsgemäße hydrodynamische Folienlager der genannten Gattung
wird in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, die in den
Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf ein Folienlager zur Aufnahme
von Axialbelastungen einer rotierenden.Wellenscheibe, Fig. 2 die Draufsicht auf
eines der in Fig. 1 dargestellten Lagerfolien im ausgebauten Zustand, Fig. 3 die
Seitenansicht in Richtung des Pfeiles C aus Fig. 2, Fig. 4 den Schnitt B-B aus Fig.
2, Fig. 5 den vergrößten Schnitt A-A aus Fig. 1, Fig. 6 die Draufsicht auf die in
Fig. 1 und 2 dargestellte Montagefolie im ausgebauten Zustand, Fig. 7 den Schnitt
D-D aus Fig. 6,
Fig. 8 die Draufsicht auf die in Fig. 1 und 2 dargestelle
Federfolie im ausgebauten Zustand, Fig. 9 den Schnitt E-E aus Fig. 8, Fig. 10 den
Längsschnitt eines abgeänderten Folienlagers zur Aufnahme von Radialbelastungen
eines rotierenden Welle, Fig. 11 den Schnitt F-F aus Fig. 10, Fig. 12 die teilweise
Ansicht eines weiteren, abgeänderten Folienlagers und Fig. 13 den Schnitt G-G aus
Fig. 12.
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Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein steifer Stützkörper, mit 2 eine
relativ steife, scheibenförmige Montagefolie und mit 3 eine aus Federbandstahl gefertigte,
biegeelastisch federnde, scheibenförmige Federfolie eines hydrodynamischen Folienlagers
bezeichnet. Die Montagefolie 2 und die Federfolie 3 sind koaxial liegend, parallel
zueinander angeordnet (Fig. 1). Das Folienlager dient zur Aufnahme von Axialbelastungen
einer mit einer rotierenden Welle (nicht gezeigt) fest verbundenen, als Greitkörper
wirkenden Wellenscheibe 4 (siehe strichpunktierte Darstellung in Fig. 5).
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Die ebene Stützfläche 5 des Stützkörpers 1 trägt in Gleitrichtung
6 des Folienlagers hintereinander angeordnete biegeelastische Lagerfolien 7, welche
aus Federbandstahl gefertigt sind. Am Umfang des Folienlagers sind hier sechs Lagerfolien
7 gleichmäßig verteilt.
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Jede Lagerfolie hat eine mit einem reibungsmindernden Kunststoff beschichtete
Tragfläche 8, welche einer stufenlosen, ebenen Gleitfläche 9 der rotierenden Wellenscheibe
4 gegenüberliegt. Diese Tragfläche 8 besitzt einen in Gleitrichtung 6 schräg zur
Gleitfläche 9 hin verlaufenden Schrägflächenabschnitt 0, so daß ein Schmierspalt
11 vorhanden ist, der im Betrieb einen tragfähigen Schmierkeil des gasförmigen oder
flüssigen hydrodynamischen Strömungsmittels bildet (Fig. 5).
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In Gleitrichtung 6 schließt sich am Schrägflächenabschnitt 10 ein
Parallelflächenabschnitt 12 an, welcher eben ausgebildet ist und parallel zur Gleitfläche
9 der Wellenscheibe 4 verläuft.
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Die Ausbildung der Lagerfolie 7 ist besonders deutlich aus den Figuren
2,3 und 4 ersichtlich.
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Zwischen der Wellenscheibe 4 und der Federfolie 3 ist die Montagefolie
2 zwischengebracht.
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Jede Lagerfolie 7 hat an ihrem Ende zwei vorragende Lappenvorsprünge
13. Jeder Lappenvorsprung 13 greift durch jeweils eine Halteöffnung 14 der Montagefolie
2 hindurch und ist zwischen der Montagefolie 2 und der Federfolie 3 eingesetzt und
festgeklemmt (Fig. 1 und 5). Im vorliegenden Fall hat jede Lagerfolie 7 auch an
ihrem der Gleitrichtung 6 entgegenweisenden Ende zwei Lappenvorsprünge 15, die jeweils
durch eine Halteöffnung 16 der Montagefolie 2 hindurchgreifen. Durch ihre Lappenvorsprünge
13,15 wird jede Lagerfolie 7 zwischen der Montagefolie 2 und der Federfolie 3 festgehalten
und auf der Federfolie 3 abgestützt.
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Im Bereich unter jeder der einzelnen Tragfolien 7 besitzt die Montagefolie
2 jeweils zwei quer zur Gleitrichtung 6 nebeneinander angeordnete, aus dieser herausgeklinkte
Stützlappen 17, die zur Stützfläche 5 des Stützkörpers 1 hin umgebogen sind (Fig.
6 und 7).
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Jeder Stützlappen 17 greift durch eine der Breite des Stützlappens
17 entsprechende, schlitzförmige Verbindungsöffnung 18 der Feaerfolie 3 hindurch
und stützt sich auf der Stützfläche 5 ab. Die Verbindungsöffnungen 18 sind am Umfang
der Federfolie 3 verteilt angeordnet (Fig. 8 und 9).
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Die Stützlappen 17 der Montagefolie 2 sind, in Gleitrichtung 6 gesehen,
in einem Abstand von den Stützlappen 13,15 der Lagerfolie 7 angeordnet. Dieser Abstand
ist so bemessen, daß die beiden Stützlappen 17 ungefähr in der Mitte der betreffenden
Lagerfolie zu liegen kommen.
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Auf diese Weise sind die Lappenvorsprünge 13,15 der Lagerfolie 7 auf
der elastisch durchbiegenden Federfolie 3 nachgiebig abgestützt.
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Die Federfolie 3 ihrerseits stützt sich über die an ihrem Umfang verteilt
angeordneten Stützlappen 17 der ebenen Montagefolie 2 auf der Stützfläche 5 des
Stützkörpers 1 ab. Dabei sind die Enden der Stützlappen 17 zwischen der Federfolie
3 und der Stützfläche 5 eingeklemmt.
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Durch Kleben ist jeder Stützlappen 17 auf der Stützfläche 5 befestigt.
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In Fig. 10 und 11 ist ein abgeändertes hydrodynamisches Folienlager
dargestellt, welches zur Aufnahme von Radialbelastungen einer rotierenden zylindrischen
Welle 19 (siehe strichpunktierte Darstellung in Fig. 11) bestimmt ist. Die
Welle
19 dient als Gleitkörper des Folienlagers. Der Stützkörper ist hier durch einen
Zylinderring 20 gebildet, der die Welle 19 umgibt.
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Am Umfang des Zylinderringes 20 sind 3 biegeelastische Lagerfolien
21, in Drehrichtung 6 hintereinanderliegend, angeordnet. Jede Lagerfolie 2 hat eine
Tragfläche 8, die der zylindrischen Gleitfläche 22 (Mantelfläche) der Welle 19 eng
gegenüberliegt. Die in Umfangsrichtung liegenden Enden der Tragfläche 8 jeder Lagerfolie
21 sind konvex und in Umfangsrichtung schräg zur Welle 19 hin verlaufend angeordnet.
Lediglich der Mittenteil 23 der Tragfläche 8 der Lagerfolie 21 verläuft ungefähr
parallel zur Gleitfläche 22 der Welle 19. Sämtliche Lagerfolien 21 sind mit ihrem
Mittenteil 23 gegen die Gleitfläche 22 federnd angestellt.
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Zwischen der Tragfläche 8 der Lagerfolie 21 und der Gleitfläche 22
der Welle 19 ist somit ein in beiden Gleitrichrungen (in beiden Drehrichtungen der
Welle 19) relativ zur Gleitfläche 22 sich verkleinernder Schmierspalt vorhanden.
Sowohl bei der in Fig. 11 mit 6 bezeichneten Gleitrichtung als auch bei einer entgegen
dieser Gleitrichtung sich bewegenden Gleitfläche 22 wird ein tragfähiger hydrodynamischer
Film des Strömungsmittel (Flüssigkeit oder Gas) zwischen jeder Tragfläche 8 und
der gegenüberliegenden Gleitfläche 22 hergestellt.
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ueber eine hülsenförmig gebogene, biegeelastische Federfolie 24 ist
jede Lagerfolie 21 auf der zylindrischen Stützfläche 25 in der Bohrung des Zylinderringes
20 nachgiebig abgestützt.
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Zwischen der Gleitfläche 22 der Welle 19 und der Federfolie 24 ist
eine hülsenförmig gebogene, relativ steife Montagefolie 26 zwischengebracht. Die
Lagerfolie 21 hat an ihrem in Gleitrichtung 6 weisenden Ende drei Lappenvorsprünge
13 und an ihrem entgegengesetzten Ende drei Lappenvorsprünge 15. Jeder Lappenvorsprung
13,15 greift durch eine Halteöffnung 14 bzw. 16 der Montagefolie 26 hindurch und
ist zwischen der Montagefolie 26 und der Federfolie 24 eingesetzt und festgeklemmt.
Die Montagefolie 26 hat in Gleitrichtung 6 hintereinander angeordnete, zur Gleitfläche
22 hin umgebogene Stützlappen 17.
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Jeder Stützlappen 17 befindet sich in der Mitte unter jeweils einer
Lagerfolie 21, so daß diese in Umfangsrichtung zwischen den Lappenvorsprüngen 13
und 15 der betreffenden Lagerfolie 21 angeordnet ist, also einen in Gleitrichtung
6 vorhandenen Abstand von diesen Lappenvorsprüngen 13,15 aufweist. Die Federfolie
24 kann sich bei radialer Belastung des an der Berührungsstellen der Lappenvorsprünge
13,15 radial nach außen durchbiegen, denn diese ist lediglich auf den Stützlappen
17 der Montagefolie 26 abgestützt. Dabei bilden sich stoßdämpfende Quetschfilme
zwischen der Federfolie 24 und der Stützfläche 25 des Zylinderringes 20.
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Jeder Stützlappen 17 der Montagefolie 26 greift durch eine Verbindungsöffnung
18 der Federfolie 24 hindurch und ist zwischen der Federfolie 24 und Stützfläche
25 eingesetzt und an der Stelle 27 festgeklemmt.
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In Fig. 12 und 13 ist der Ausschnitt eines linear beweglichen Folienlagers
dargestellt. Dieses Folienlager hat mehrere, in Gleitrichtung 6 hintereinander angeordnete,
biegeelastische Lagerfolien 7, die genauso wie die in Fig. 1 bis 5 dargestellten
Lagerfolien ausgebildet sind.
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Im vorliegende Fall ist jedoch jede Lagerfolie 7 ähnlich einem Bajonettverschluß
durch quer zur Gleitrichtung 6
gerichtetes Verschieben in ihre,
in die entsprechend auszubildenden Halteöffnungen 28 der Montagefolie 2 eingeführten
Lappenvorsprünge 13,15 zwischen der Montagefolie 2 und der Federfolie 3 eingesetzt.
Sowohl Montagefolie 2 als auch die zugehörige Federfolie 3 sind streifenförmig und
in einer Ebene parallel zueinander verlaufend angeordnet.
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Die Halteöffnung 28 besitzt auf ihrer Einführseite - in der Zeichnung
in Fig. 12 unteren Seite - einen in Gleitrichtung 6 erweiterten Einführbereich 29
und auf der dieser gegenüberliegenden Seiten einen daran anschließenden, quer zur
Gleitrichtung 6 verlaufenden Schlitzbereich 30.
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Beim Einbau der Lagerfolie 7 werden zunächst die Lappenvorsprünge
13,15 der betreffenden Lagerfolie 7 in den Einführbereich 29 der zugehörige Halteöffnungen
28 eingeführt. Dabei behält die Lagerfolie 7 ihre Form, d.h.
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diese braucht beim Einführen nicht elastisch verformt zu werden.
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Anschließend wird die Lagerfolie mit ihren Lappenvorsprüngen 13,15
quer zur Gleitrichtung 6 - in der Zeichnung in Fig. 12 von unten nach oben - unter
die Montagefolie 2 geschoben, so daß die Lappenvorsprünge 13,15 in den Schlitzbereich
30 der Halteöffnung 28 hineingeschoben und zwischen der Montageiolie 2 und der Federfolie
3 festgeklemmt werden.
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Im Rahmen der Erfindung können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
konstruktiv abgewandelt werden.
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Z.B. kann auch die Montagefolie ähnlich einem Bajonettverschluß durch
quer zur Gleitrichtung gerichtetes Ver-
schieben ihres bzw. ihrer
in entsprechend ausgebildete Verbindungsöffnungen der Federfolie eingesetzten Stützlappen
zwischen der Federfolie und der Stützfläche des Stützkörpers einsetzbar angeordnet
sein. Die Verbindungsöffnungen sind dann analog zu den in Fig. 12 dargestellten
Halteöffnungen 28 ausgebildet, d.h., diese haben ebenfalls einen in Gleitrichtung
6 erweiterten Einführbereich und einen daran anschließenden, quer zur Gleitrichtung
verlaufenden Schlitzbereich.
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Falls beim Folienlager nur eine Gleitrichtung vorhanden ist, brauchen
am entgegen der Gleitrichtung weisenden Ende der Lagerfolien keine Lappenvorsprünge
vorhanden zu sein. In diesem Fall sind die Lagerfolien lediglich an ihrem in Gleitrichtung
weisenden Ende durch Lappenvorsprünge, welche, durch jeweils eine Halteöffnung der
Montagefolie hindurchgreifend, zwischen der Montagefolie und der Federfolie eingesetzt
sind, mit der Montagefolie verankert.
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Zwecks Kühlung des Folienlagers kann ein Strömungsmittel angeschlossen
werden, welches im Zwischenraum zwischen der Federfolie und der Stützfläche des
Stützkörpers fließt und die Reibungswärme des Folienlagers ableitet.
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Jeder Stützlappen der Montagefolie braucht nicht unbedingt durch Kleben
auf der Stützfläche des Stützkörpers befestigt zu sein. Vielmehr kann dieser auch
in eine Vertiefung in der Stützfläche, z.B. eine Nut, formschlüssig eingreifen,
so daß relativ hohe, in Richtung parallel zur Stützfläche wirkende Kraftkomponenten
der Lagerbelastung vom Stützlappen auf den Stützkörper übertragen werden können.