Titel

Folienlager

Die Erfindung betrifft ein Folienlager mit mindestens einer Folie, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, und mit einem Rotor, der innerhalb des Gehäuses unter Ausbildung eines Fluidfilms zwischen dem Rotor und der Folie drehbar gelagert ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Folienlagers.

Stand der Technik

Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift US 2017/0051788 Al ist ein Hybridfolienlager mit einer Lagerhülse bekannt, innerhalb der mehrere Folien angeordnet sind, die Gasauslassöffnungen aufweisen, durch die mit Druck beaufschlagtes Gas in das Lagerinnere injiziert werden kann, und mit

Gasströmungspfaden, die sich in radialer Richtung durch die Lagerhülse erstrecken und das Gas zu den Gasauslassöffnungen fördern.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Folienlager mit mindestens einer Folie, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, und mit einem Rotor, der innerhalb des Gehäuses unter Ausbildung eines Fluidfilms zwischen dem Rotor und der Folie drehbar gelagert ist, funktionell zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einem Folienlager mit mindestens einer Folie, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, und mit einem Rotor, der innerhalb des Gehäuses unter Ausbildung eines Fluidfilms zwischen dem Rotor und der Folie drehbar gelagert ist, dadurch gelöst, dass das Gehäuse mindestens eine Düse umfasst, durch die ein Fluidfreistrahl zur Kühlung und/oder zum Druckaufbau in das Gehäuse strömt. Die Düse kann eine einfache Düsengeometrie aufweisen, zum Beispiel als Durchgangsloch, insbesondere als Bohrung, in dem Gehäuse ausgeführt sein. Die Düse kann aber auch eine spezielle Düsengeometrie aufweisen, um den Fluidfreistrahl zu optimieren. So kann die Düse gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zum Beispiel als Lavaldüse ausgeführt sein.

Die Lavaldüse, die auch als Expansionsdüse bezeichnet wird, hat eine

Düsengeometrie, bei der sich der Strömungsquerschnitt zunächst verengt und dann erweitert. Der Übergang zwischen den einzelnen Strömungsquerschnitten der Düsengeometrie der Lavaldüse ist stetig. Das Fluid wird der Düse mit einem gewissen Druck zugeführt. In der Düse wird das Fluid entspannt und der entstehende Fluidfreistrahl strömt mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse heraus. Der Fluidfreistrahl trifft je nach Ausführung des Folienlagers auf die Folie. Die Folie kann aber gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch eine Fluiddurchtrittsöffnung im Bereich der Düse aufweisen. Die

Fluiddurchtrittsöffnung in der Folie ermöglicht, dass der Fluidfreistrahl

ungehindert durch die Folie gelangt und direkt auf den Rotor auftrifft. So kann der Fluidfreistrahl einen Fluidaustausch in dem Fluidfilm zwischen dem Rotor und der Folie verbessern. Darüber hinaus ermöglicht der Fluidfreistrahl einen

tragkrafterhöhenden Druckaufbau zwischen dem Rotor und der Folie. Das Folienlager kann als Radiallager oder als Axiallager ausgeführt sein. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse des Rotors. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse des Rotors. Analog bedeutet radial quer zur

Drehachse des Rotors. Das Folienlager 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

Düsengeometrie kann in einem Gehäusekörper des Gehäuses angeordnet sein. Die Düsengeometrie der Düse kann aber auch in einer Lagerkartusche oder Lagerhülse des Folienlagers angeordnet sein. Die Lagerhülse des Folienlagers hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden, hohlen

Kreiszylinders oder Ringkörpers. Daher kann die Lagerhülse auch als Lagerring bezeichnet werden. Die Lagerkartusche oder Lagerhülse ist zum Beispiel in einer entsprechenden Ausnehmung eines Gehäusekörpers des Gehäuses angeordnet. Das Folienlager umfasst vorteilhaft mehr als eine Folie. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Folienlager eine Oberfolie und eine Unterfolie, die zwischen der Oberfolie und der Lagerhülse beziehungsweise dem Gehäuse angeordnet ist. Die Oberfolie wird auch als Top-Foil bezeichnet. Innerhalb der Oberfolie ist der zu lagernde Rotor 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.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch

gekennzeichnet, dass mehrere Düsen zu Kühlzwecken in Bereichen angeordnet sind, die sich im Betrieb des Folienlagers stärker als andere Bereiche erwärmen. Die sich stärker als andere Bereiche erwärmenden Bereiche können im Betrieb eines Folienlagers in einem entsprechenden Versuchsaufbau zum Beispiel mit Hilfe von Wärmebildaufnahmen ermittelt werden. So kann mit mehreren Düsen die Kühlung des Folienlagers im Betrieb wirksam verbessert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düse in Überdeckung mit einer Fluiddurchtrittsöffnung in der Folie angeordnet ist. So wird auf einfache Art und Weise ein ungehinderter Durchtritt für den Fluidfreistrahl sichergestellt. Wenn das Folienlager mehr als eine Folie umfasst, dann ist vorteilhaft in jeder der Folien eine entsprechende Fluiddurchtrittsöffnung angeordnet. Je nach Ausführung der Folien können aber auch bereits vorhandene Aussparungen in der Folie, insbesondere in der Unterfolie, genutzt werden, um eine ungehinderte Fluiddurchtrittsöffnung für den Fluidfreistrahl bereitzustellen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlager als Radiallager ausgeführt ist. Die Düsen sind in dem Gehäuse, insbesondere in einem Gehäusekörper oder in einer Lagerkartusche oder Lagerhülse, vorteilhaft radial ausgerichtet. Die Düsen können aber auch schräg, also in einem Winkel zu einer Radialen, angeordnet sein, um eine bestimmte Wirkung, insbesondere im Hinblick auf den Druckaufbau im Fluidfilm und/oder die Kühlung des Fluidfilms, zu verbessern. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düse in einer Lagerhülse innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Die Lagerhülse wird auch als Lagerkartusche bezeichnet. Die Düse kann aber auch in einem Gehäusekörper des Gehäuses angeordnet sein, der die Lagerhülse umgibt. Dann ist die Düse vorteilhaft in Überdeckung mit einer Fluiddurchtrittsöffnung in der Lagerhülse innerhalb des Gehäuses angeordnet.

Die Düse kann auch eine Düsengeometrie umfassen, die sowohl in der

Lagerhülse innerhalb des Gehäuses als auch in einem die Lagerhülse

umgebenden Gehäusekörper des Gehäuses angeordnet ist. Das Fluid wird der Düse zum Beispiel über eine separate Leitung in dem Gehäuse zugeführt.

Wesentlich ist, dass der bereitgestellte Fluiddruck in der Düse in eine

Freistrahlgeschwindigkeit umgewandelt wird. Durch die Erfindung wird sichergestellt, dass der Fluidfreistrahl ungehindert auf die Folie oder auf den Rotor trifft. Das Fluid kann der Düse auch über entsprechende Kanäle im

Gehäuse oder in der Lagerhülse zugeführt werden. So kann das Fluid zum Beispiel über einen Ringkanal mehreren Düsen zugeführt werden. Das Gehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen in einer axialen Richtung insbesondere gleichmäßig voneinander beabstandet sind. So können der Druckaufbau und die Kühlung in dem Fluidfilm zwischen dem Rotor und der Folie wirksam verbessert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlager als Axiallager ausgeführt ist. Bei dem Axiallager ist die Düse in einer einen Gehäuseinnenraum begrenzenden

Gehäusestirnwand angeordnet. Ansonsten funktioniert die Düse so oder so ähnlich wie bei dem vorab beschriebenen Radiallager.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen sternförmig angeordnet sind. Der Begriff sternförmig bezieht sich auf die Drehachse des Rotors. Die sternförmig angeordneten Düsen sind in radialer Richtung vorteilhaft gleichmäßig

voneinander beabstandet. Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Folienlagers ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Fluidfreistrahl zur Kühlung und/oder zum Druckaufbau durch die Düse in das Gehäuse geleitet wird.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Gehäuse, insbesondere einen

Gehäusekörper und/oder eine Lagerhülse, und/oder eine Folie für ein vorab beschriebenes Folienlager. Die genannten Teile sind 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 als Radiallager ausgeführtes Folienlager im Querschnitt;

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus Figur 1;

Figur 3 ein als Axiallager ausgeführtes Folienlager in einer ähnlichen Darstellung wie in Figur 1; und

Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 3 im Schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 und 2 ist ein als Radiallager 14 ausgeführtes Folienlager 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. In den Figuren 3 und 4 ist ein als Axiallager 31 ausgeführtes Folienlager 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile des Folienlagers 1 werden in den Figuren 1 bis 4 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Folienlager 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem ein Rotor 3 um eine Drehachse 13 drehbar angeordnet ist. Der Rotor 3 ist durch das Radiallager 14 in den Figuren 1 und 2 radial gelagert. Durch das Axiallager 31 in den Figuren 3 und 4 ist der Rotor 3 axial gelagert. Die Begriffe radial und axial beziehen sich auf die Drehachse 13 des Rotors 3. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 13 des Rotors 3. Radial bedeutet quer zur Drehachse 13 des Rotors 3.

Das Gehäuse 2 kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Zwischen dem Rotor 3 und dem Gehäuse 2 sind zwei Folien 4, 5 angeordnet. Die Folie 5 wird auch als Beam-, Bump- oder Unterfolie bezeichnet und ist zwischen dem

Gehäuse 2 und der Folie 4 angeordnet, die auch als Topfolie oder Oberfolie bezeichnet wird.

In Figur 1 ist der Rotor 3 nur durch einen gestrichelten Kreis angedeutet. Durch Kreise sind in Figur 1 Fluiddurchtrittsöffnungen 6 bis 9 angedeutet, die in mindestens einer der Folien 4, 5 angeordnet sind, um einen Durchtritt von Fluid zu ermöglichen.

In Figur 1 sieht man, dass in dem Gehäuse 2 zwei Düsen 10, 12 angeordnet sind. Die Düsen 10, 12 sind als Durchgangslöcher, insbesondere Bohrungen, mit einer einfachen Düsengeometrie 11 in dem Gehäuse 2 ausgeführt. Die Düsen 10, 12 erstrecken sich in radialer Richtung in das Innere des Gehäuses 2.

Die beiden Düsen 10, 12 sind in einem Winkel von einhundertzwanzig Grad zueinander angeordnet. Weitere (in Figur 1 nicht sichtbare) Düsen sind vorteilhaft in axialer Richtung gleichmäßig verteilt in dem Gehäuse 2 angeordnet.

In Figur 2 ist eine Einzelheit II aus Figur 1 vergrößert dargestellt. Die Düse 10 dient dazu, einen Fluidfreistrahl 20 in das Innere des Gehäuses 2 zu leiten. Der Rotor ist in Figur 2 ebenfalls nur durch eine gestrichelte Linie 3 angedeutet.

Zwischen dem Rotor 3 und der Folie 4 wird im Betrieb des Folienlagers 1 ein Fluidfilm 21 ausgebildet. Der Fluidfreistrahl 20 erzeugt einen Gasaustausch, bei welchem kaltes Gas in einen Lagerspalt zwischen dem Rotor 3 und der Folie 4 gedrückt und heißes Gas aus dem Lagerspalt verdrängt wird. Darüber hinaus wird durch den Fluidfreistrahl 20 der Druck im Fluidfilm 21 erhöht.

Das Gehäuse 2 umfasst, wie man in Figur 2 sieht, einen Gehäusekörper 22, in welchem eine Lagerkartusche oder Lagerhülse 23 angeordnet ist. Die

Lagerhülse oder Lagerkartusche 23 umfasst einen Ringquerschnitt, in den die Düsengeometrie 11 der Düse 12 integriert ist. Durch ein Drucksymbol p ist in Figur 2 angedeutet, dass über den Gehäusekörper 22 mit Druck beaufschlagtes Fluid der Düse 12 zugeführt wird.

Die Folie 5 ist als Federfolie ausgeführt und weist im Bereich der Düse 10 eine Aussparung auf, so dass der Fluidfreistrahl 20 ungehindert durch die Folie 5 hindurchtrit.

Die Lagerkartusche 23 kann radial innen eine Erhöhung 26 aufweisen, die im Bereich der Aussparung der Folie 5 angeordnet ist. Die Folie 4 weist in

Überdeckung zu der Düse 12 eine Fluiddurchtritsöffnung 25 auf, durch welche der Fluidfreistrahl 20 ungehindert hindurchtrit und so auf den Rotor 3 auftrifft.

In Figur 3 ist durch einen Pfeil 30 eine Drehrichtung des Rotors 3 angedeutet. Der Rotor 3 wird mit Hilfe des als Axiallager 31 ausgeführten Folienlagers 1 axial gelagert. Die Folie 4 hat bei dem Axiallager 31 im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe.

In Figur 4 sieht man, dass in dem Gehäuse 2 des Axiallagers 31 eine Düse 32 mit einer speziellen Düsengeometrie 33 vorgesehen ist. Die Düsengeometrie 33 dient zur Darstellung einer Lavaldüse. Durch die Lavaldüse 32 wird mit Hilfe des Drucks p ein Fluidfreistrahl 35 erzeugt.

Der Fluidfreistrahl 35 strömt ungehindert durch eine entsprechende Aussparung in der als Federfolie ausgeführten Folie 5. Durch eine Fluiddurchtritsöffnung 36 strömt der Fluidfreistrahl 35 auch ungehindert durch die Folie 4 und trifft auf den Rotor 3. Der Fluidfreistrahl 35 dient in dem Fluidfilm 7 zwischen dem Rotor 3 und der Folie 4 zur verbesserten Kühlung und zum Druckaufbau.