Titel

Folienlager

Die Erfindung betrifft ein Folienlager mit mindestens einer Folie, die innerhalb einer Lagerhülse angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein

Verfahren zum Herstellen einer Lagerhülse für ein Folienlager.

Stand der Technik

Aus dem amerikanischen Patent US 5,427,455 und der verwandten deutschen Übersetzung DE 695 22 683 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 756 672 Bl ist ein Radiallager mit hydrodynamischem Fluidfilm und nachgiebigen Folien bekannt, welches enthält: ein Gehäuse einer Einsatzbuchse, das eine Öffnung begrenzt, ein Federfolienglied, das im Innern der Öffnung des Gehäuses der Einsatzbuchse angeordnet ist, ein Fluidfolienglied, das im Innern des

Federfolienglieds angeordnet ist, wobei das Federfolienglied und das

Fluidfolienglied an die Form der Öffnung angepasst sind, ein Rotor, der im Innern des Fluidfolienglieds des Federfolienglieds und der Öffnung des Gehäuses der Einsatzbuchse so positioniert ist, dass er rotieren kann, wobei die Rotation des Rotors Kräfte in dem Fluidfilm erzeugt, welche die Position des Rotors im Innern der Öffnung tragen und kontrollieren, wobei die Öffnung, die durch das Gehäuse der Einsatzbuchse definiert wird, eine nicht kreisförmige, innere Kontur besitzt, um alternierend konvergierende und divergierende Fluidkeilkanäle zwischen dem Fluidfolienglied und dem Rotor zu bilden, wobei die Öffnung der Einsatzbuchse Konturen aufweist, um eine Vielzahl von konvergierenden Rampen und divergierenden Verzahnungen aufzuweisen, welche das Federfolienglied und das Fluidfolienglied dazu zwingen, gleiche alternierend konvergierende und divergierende Fluidkeilkanäle zwischen dem Fluidfolienglied und dem Rotor zu bilden, wobei die Öffnung des Gehäuses der Einsatzbuchse enge Folienbefestigungsschlitze besitzt, wo geformte Biegungen in dem

Federfolienglied und dem Fluidfolienglied es den Foliengliedern erlauben, in die Folienbefestigungsschlitze hinein gepasst zu werden und gegen Rotation und Extraktion befestigt zu sein. Aus dem amerikanischen Patent US 5,915,841 und der deutschen Übersetzung DE 698 32 579 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 927 831 Bl ist ein nachgiebiges Folien-Fluidfilm-Radiallager bekannt, umfassend: eine Hülse, die eine innere Bohrung aufweist, die mehrere axial verlaufende Halter, die den gleichen Abstand aufweisen und in die innere Bohrung hervorstehen, und mehrere Ausbuchtungen zwischen benachbarten Haltern umfasst; mehrere nachgiebige Folien, die jeweils in der inneren Bohrung der Hülse zwischen jeweils benachbarten Haltern angeordnet sind, und mehrere Folienstützfedern, die jeweils unter einer jeweiligen nachgiebigen Folie zwischen den benachbarten Haltern angeordnet sind, wobei die Halter im Allgemeinen T- Förmig sind, die innere Bohrung zylindrisch ist und die einzelnen

Folienstützfedern unter den einzelnen nachgiebigen Folien einen

zusammenlaufenden Keil zwischen den benachbarten, im Allgemeinen T- förmigen Haltern bilden.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung, insbesondere Montage, eines Folienlagers mit mindestens einer Folie, die innerhalb einer Lagerhülse angeordnet ist, zu vereinfachen.

Die Aufgabe ist bei einem Folienlager mit mindestens einer Folie, die innerhalb einer Lagerhülse angeordnet ist, dadurch gelöst, dass die Lagerhülse mindestens zwei getrennte und wieder zusammengefügte Teilkörper umfasst. Das Folienlager ist als Radiallager ausgeführt und wird auch als

aerodynamisches Gleitlager bezeichnet. Zur Schmierung des aerodynamischen Gleitlagers wird ein gasförmiges Fluid, insbesondere Luft, verwendet. Daher wird das Folienlager oder aerodynamische Gleitlager auch als Luftlager bezeichnet. Die Lagerhülse des Folienlagers hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden, hohlen Kreiszylinders oder Ringkörpers. Daher kann die Lagerhülse auch als Lagerring bezeichnet werden. Die Lagerhülse des Folienlagers wird zunächst in einem Stück, zum Beispiel durch Gießen, hergestellt. Anschließend wird die einstückige Lagerhülse bei der Herstellung bewusst zerstört, zum Beispiel durch Cracken oder Bruchtrennen. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass die beiden getrennten Teilkörper einfacher bearbeitet werden können, insbesondere einfacher spanend bearbeitet werden können. Die bearbeiteten Teilkörper können dann wieder zusammengefügt werden, insbesondere stoffschlüssig zusammengefügt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch

gekennzeichnet, dass die Lagerhülse zwei in axialer Richtung durchgehende Trennlinien umfasst, an denen die zwei Teilkörper stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Trennlinien sind vorteilhaft als Bruchlinien ausgeführt, die ein definiertes Zusammensetzen der beiden Teilkörper vor dem Verbinden vereinfachen. Die korrekt relativ zueinander positionierten Teilkörper können dann auf einfache Art und Weise stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, fest miteinander verbunden werden. Danach kann die aus mindestens zwei Teilkörpern bestehende Lagerhülse genauso wie eine einstückige Lagerhülse verwendet werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse an den Enden der Trennlinien jeweils eine Kerbe aufweist. Die Kerben stellen auf einfache Art und Weise sicher, dass die Trennlinien beim Bruchtrennen der Lagerhülse einen gewünschten Verlauf nehmen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Teilkörper eine Geometrie zur Fixierung der Folie aufweist. Die Geometrie zur Fixierung der Folie ist zum Beispiel als Vertiefung, insbesondere als Axialnut ausgeführt. Die Geometrie zur Fixierung der Folie kann auf einfache Art und Weise, insbesondere spanend, in dem Teilkörper erzeugt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennlinie im Bereich der Geometrie zur Fixierung der Folie in der Lagerhülse angeordnet ist. Dadurch kann die Bearbeitung, insbesondere die spanende Bearbeitung des Teilkörpers der Lagerhülse, beim Erzeugen der Geometrie zur Fixierung der Folie weiter vereinfacht werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilkörper etwa gleich groß sind. Die beiden Teilkörper stellen im Wesentlichen zwei Hälften der Lagerhülse dar. Die beiden Lagerhülsenhälften sind zur Bearbeitung, insbesondere zur spanenden

Bearbeitung, viel einfacher handhabbar als eine komplette Lagerhülse.

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Lagerhülse für ein Folienlager, insbesondere für ein vorab beschriebenes Folienlager, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine einteilige

Lagerhülse an Trennlinien in mindestens zwei Teilkörper getrennt wird, von denen mindestens einer bearbeitet wird, bevor die bearbeiteten Teilkörper wieder zusammengefügt werden. Die Teilkörper können viel einfacher bearbeitet, insbesondere spanend bearbeitet, werden als die einteilige Lagerhülse.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch

gekennzeichnet, dass eine Bruchkraft in axialer Richtung auf die einteilige Lagerhülse aufgebracht wird, um die Lagerhülse in die mindestens zwei

Teilkörper zu trennen. Durch Aufbringen der Bruchkraft wird die Lagerhülse entlang zweier in axialer Richtung durchgehenden Trennlinien getrennt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Teilkörper spanend bearbeitet wird. Bei der spanenden Bearbeitung wird vorteilhaft eine Geometrie zur Fixierung der Folie in die Lagerhülse eingebracht. Alternativ oder zusätzlich kann durch entsprechende Bearbeitung der beiden Teilkörper eine unrunde Kontur der Innenfläche der Lagerhülse, insbesondere durch Zerspanen, erzeugt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden bearbeiteten Teilkörper an den Trennlinien zusammengefügt und verschweißt werden. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Lagerhülse mit einer komplexen Geometrie im Inneren geschaffen. Die Geometrie zur Fixierung der Folie in der Lagerhülse umfasst vorteilhaft eine Axialnut, in die zwei Umfangsendabschnitte der Folie eingreifen. Durch die Axialnut wird die Folie vorteilhaft in radialer Richtung in der Axialhülse fixiert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch

gekennzeichnet, dass die Axialnut einander in Umfangsrichtung

gegenüberliegende Nutflanken aufweist, an der sich die zwei

Umfangsendabschnitte der Folie abstützen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Abstützung der Folie in der Lagerhülse ermöglicht. Darüber hinaus wird die Montage der Folie in die Lagerhülse vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnut einen trapezförmigen Nutquerschnitt aufweist, der sich radial nach innen erweitert. Die Schrägstellung der gegenüberliegenden Nutflanken der Axialnut ist vorteilhaft so gewählt, dass die

Umfangsendabschnitte der Folie im montierten Zustand nicht aus der Axialnut herausrutschen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsendabschnitte der Folie formschlüssig miteinander verbunden sind. Der Formschluss ist vorteilhaft so ausgeführt, dass die Umfangsendabschnitte der Folie im eingebauten Zustand in axialer Richtung relativ zueinander fixiert werden. Der Begriff axial bezieht sich auf eine

Drehachse des Folienlagers. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse des Folienlagers. Analog bedeutet radial quer zur Drehachse des Folienlagers.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der Umfangsendabschnitte eine Stecklasche aufweist, die in eine Steckausnehmung an dem anderen Umfangsendabschnitt eingreift. Dadurch wird zum einen die axiale Fixierung der Umfangsendabschnitte in der Axialnut ermöglicht. Darüber hinaus wird die Montage der Folie mit den zusammengesteckten Umfangsendabschnitten erheblich vereinfacht. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stecklasche und die Steckausnehmung die Gestalt eines Rechtecks aufweisen. Die Stecklasche und die Steckausnehmung können auf einfache Art und Weise, zum Beispiel durch Stanzen, in der Folie erzeugt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stecklasche und die Steckausnehmung die Gestalt eines Trapezes aufweisen. Die Gestalt der Trapeze ist vorteilhaft gegensinnig ausgerichtet. Das bedeutet, dass eine zum Ende hin kürzer werdende

Stecklasche mit einer zum Ende hin kürzer werdenden Steckausnehmung kombiniert ist, und umgekehrt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlager eine Oberfolie und eine Unterfolie umfasst, die zwischen der Oberfolie und der Lagerhülse angeordnet ist. Die Oberfolie wird auch als Top-Foil bezeichnet. Innerhalb der Oberfolie ist eine mit dem

Folienlager zu lagernde Welle angeordnet. Die Unterfolie wird auch als Beam- oder Bump- Folie bezeichnet. Die Unterfolie ist vorteilhaft mit einer

Federvorrichtung kombiniert. Die Federvorrichtung ist vorteilhaft in die Unterfolie integriert, zum Beispiel in Form einer Vielzahl von Federlaschen.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Folie für ein vorab beschriebenes Folienlager. Die Folie ist separat handelbar.

Bei einem Verfahren zum Montieren mindestens einer Folie in einem vorab beschriebenen Folienlager ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Folie mit einer Montagehilfsvorrichtung, die einen Außendurchmesser hat, der kleiner als ein Innendurchmesser der

Lagerhülse ist, gehalten, in die Lagerhülse eingeführt und in axialer Richtung positioniert wird, bevor die Montagehilfsvorrichtung aus der Lagerhülse mit der positionierten Folie entfernt wird. Dadurch wird die Montage der Folie, insbesondere von zwei Folien, in dem Folienlager erheblich vereinfacht. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Montagehilfsvorrichtung zum Montieren mindestens einer Folie in einem vorab beschriebenen Folienlager gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren. Die Montagehilfsvorrichtung ist separat handelbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Lagerhülse eines Folienlagers mit zwei Folien, die innerhalb der Lagerhülse angeordnet sind;

Figur 2 das Folienlager aus Figur 1 in der Vorderansicht, wobei die beiden Folien nur mit ihren einander zugewandten Umfangsendabschnitten dargestellt sind, die in eine Axialnut der Lagerhülse eingreifen;

Figur 3 eine der Folien des Folienlagers aus den Figuren 1 und 2 in der

Draufsicht;

Figur 4 eine vereinfachte Darstellung des Folienlagers aus den Figuren 1 und 2 beim Montieren der beiden Folien mit Hilfe einer Montagehilfsvorrichtung;

Figur 5 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 1, wobei eine Lagerhülse des Folienlagers zwei getrennte und wieder zusammengefügte Teilkörper umfasst; und

Figur 6 das Folienlager aus Figur 5 in einer Vorderansicht, wobei nur die beiden einander zugewandten Umfangsendabschnitte der Folien dargestellt sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In den Figuren 1 und 2 ist ein Folienlager 1 mit einer Lagerhülse 2 in

verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Lagerhülse 2 wird auch als Lagerring bezeichnet und hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden, hohlen

Kreiszylinders. Im Inneren der Lagerhülse 2 sind zwei Folien 3, 4 des

Folienlagers 1 angeordnet.

Die Folie 3 wird auch als Beam, Bump oder Unterfolie bezeichnet und ist zwischen der Lagerhülse 2 und der Folie 4 angeordnet, die auch als Topfolie oder Oberfolie bezeichnet wird. Die Lagerhülse 2 weist radial innen und in den Figuren 1 und 2 unten eine Axialnut 5 auf, die eine Geometrie zur Fixierung der Folien 3, 4 in der Lagerhülse 2 darstellt.

Die Oberfolie 4 begrenzt in der Lagerhülse 2 des Folienlagers 1 einen Innenraum 6, der zur drehbaren Lagerung einer (in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten) Welle dient. Die Welle gehört zum Beispiel zu einem (ebenfalls nicht

dargestellten) Rotor einer Strömungsmaschine.

Die Strömungsmaschine ist zum Beispiel Teil einer Luftversorgungseinheit in einem Brennstoffzellensystem. In dem Brennstoffzellensystem ist die

Strömungsmaschine zum Beispiel als Verdichter ausgeführt. Der Verdichter umfasst ein Verdichterrad, das vorteilhafter Bestandteil des Rotors ist.

Die Axialnut 5 hat einen trapezförmigen Querschnitt mit einer Basis 10, von der zwei Nutflanken 8, 9 ausgehen. Eine Nutweite oder Nutbreite der Axialnut 5 erweitert sich aufgrund des trapezförmigen Querschnitts der Axialnut 5 radial nach innen. Anders als dargestellt, kann die Axialnut 5 auch einen rechteckigen Querschnitt oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, der sich radial nach innen verengt.

Die Unterfolie 3 weist zwei einander zugewandte Umfangsendabschnitte 11, 17 auf. Die Oberfolie 4 weist zwei einander zugewandte Umfangsendabschnitte 12, 18 auf. Die Umfangsendabschnitte 11 und 12 der Folien 3, 4 sind als

Stecklaschen 13, 14 ausgeführt und an der Nutflanke 8 der Axialnut 5 abgestützt. Die Umfangsendabschnitte 17, 18 der Folien 3, 4 sind als Steckausnehmungen 15, 16 ausgeführt und an der Nutflanke 9 der Axialnut 5 abgestützt. Durch die Axialnut 5 werden die beiden Folien 3, 4 in radialer Richtung fixiert. Die Axialnut 5 ist relativ einfach und kostengünstig, zum Beispiel durch einen Räumprozess, herstellbar.

In Figur 3 ist eine der beiden Folien 3, 4, hier die Unterfolie 3, in der Draufsicht dargestellt. Die Unterfolie 3 ist mit einer Federeinrichtung 20 ausgestattet. Die Federeinrichtung 20 umfasst zum Beispiel eine Vielzahl von Federlaschen, die von der Unterfolie 3 abstehen und zum Erzeugen einer Federvorspannkraft in dem Folienlager 1 dienen. Der Aufbau und die Funktion der Federeinrichtung 20 ist an sich bekannt.

In Figur 3 sieht man die Stecklasche 13 an dem Umfangsendabschnitt 11 und die Steckausnehmung 15 an dem Umfangsendabschnitt 17 in der Draufsicht. Die Stecklasche 14 und die Steckausnehmung 16 der Oberfolie 4 sind vorteilhaft genauso wie die Stecklasche 13 und die Steckausnehmung 15 der Unterfolie 3 ausgeführt.

Die Stecklasche 13 und die Steckausnehmung 15 können die Gestalt von Rechtecken aufweisen.

In Figur 3 ist durch gestrichelte Linien und durch punktierte Linien angedeutet, dass die Stecklasche 13 und die Steckausnehmung 15 auch trapezförmig gestaltet sein können. Durch die gestrichelten Linien ist angedeutet, dass die Stecklasche 13 und die Steckausnehmung 15 zum Ende hin enger wird. Durch punktierte Linien ist in Figur 3 angedeutet, dass die Stecklasche 13 und die Steckausnehmung 15 auch zum Ende hin weiter werden können.

In Figur 4 ist vereinfacht dargestellt, wie die beiden Folien 3, 4, die vorteilhaft an ihren Umfangsendabschnitten zusammengesteckt sind, mit Hilfe einer

Montagehilfsvorrichtung 25 in der Lagerhülse 2 montiert werden können. Die Montagehilfsvorrichtung 25 umfasst einen inneren Haltekörper 26 und einen äußeren Haltekörper 27.

Der innere Haltekörper 26 hat zum Beispiel die Gestalt eines geraden

Kreiszylinders oder eines geraden Kreiszylindermantels. Der äußere Haltekörper 27 hat vorteilhaft die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels mit einem axial verlaufenden Schlitz.

Der axial verlaufende Schlitz an dem äußeren Haltekörper 27 der

Montagehilfsvorrichtung 25 hat in Umfangsrichtung vorteilhaft eine etwas größere Abmessung als die Axialnut 5. Die beiden Haltekörper 26, 27 der

Montagehilfsvorrichtung 25 sind, zum Beispiel durch radiale Stege an einem Ende der Montagehilfsvorrichtung 25 miteinander verbunden.

Der Außendurchmesser des äußeren Haltekörpers 27 ist kleiner als der

Innendurchmesser der Lagerhülse 2, so dass sich die Montagehilfsvorrichtung 25 mit den darin angeordneten und zusammengesteckten Folien 3, 4 leicht in die Lagerhülse 2 einführen lässt. Wenn die korrekte axiale Position erreicht ist, wird die Montagehilfsvorrichtung 25 durch Herausziehen entfernt. Die

Umfangsendabschnitte 11, 12 und 17, 18 der Folien 3, 4 werden durch den Schlitz in der Montagehilfsvorrichtung 25 in der Axialnut 5 angeordnet, wie es in Figur 2 gezeigt ist.

In den Figuren 5 und 6 ist gezeigt, dass das Folienlager 1 auch eine Lagerhülse 2 umfassen kann, die zwei getrennte und wieder zusammengefügte Teilkörper 31, 32 umfasst. Die zweiteilige Lagerhülse 2 kann zum Beispiel durch Cracken oder Bruchtrennen hergestellt werden.

In den Figuren 5 und 6 sind zwei Trennlinien 33, 34 angedeutet, entlang derer die Lagerhülse 2 beim Cracken oder Bruchtrennen getrennt wird. Beim Cracken oder Bruchtrennen werden in axialer Richtung Bruchkräfte auf die Lagerhülse 2 aufgebracht, die in Figur 5 durch Pfeile 41 bis 45 und 51 bis 55 angedeutet sind.

Zur Vereinfachung des Crackens oder Bruchtrennens sind vorteilhaft gezielt Kerben 35, 36, 37 in die Lagerhülse 2 eingebracht. Die Kerben 35 bis 37 können, wie durch Striche 61, 62 in den Figuren 5 und 6 angedeutet ist, vorteilhaft im Bereich der Geometrie 5 oder Axialnut 5 zur Fixierung der Folien 3, 4 positioniert sein. Das liefert den Vorteil, dass die Axialnut 5 zur Darstellung der Geometrie zur Fixierung der Folien 3, 4 noch einfacher gefertigt werden kann, da unterschiedlichste Werkzeuge zur spanenden Bearbeitung zum Einsatz kommen können.

Beim Aufbringen der Bruchkraft 41 bis 45 und 51 bis 55 teilt sich die Lagerhülse 2 entlang der Bruchlinien 33, 34 in die zwei Teilkörper 31, 32. Dann kann die

Axialnut 5 zur Fixierung der Folien 3, 4 in den Teilkörper 32 eingebracht werden. Dies kann einfach und kostengünstig durch einen Zerspanungsprozess erfolgen, da durch die Teilung der Lagerhülse 2 in die beiden Teilkörper 31, 32 die Flächen für die Zerspanung zur Darstellung der Axialnut 5 gut zugänglich sind.