Titel

Folienaxiallager und Verfahren zum Montieren eines Folienaxiallagers

Die Erfindung betrifft ein Folienaxiallager mit unterschiedlichen Lagerfolien, die in einer definierten Lage und in einer bestimmten Reihenfolge auf zwei Seiten eines axialen Zwischenraums montiert werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Montieren eines derartigen Folienaxiallagers.

Stand der Technik

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2019 200 330 Al offenbart ein Rotorlagersystem für eine Turbomaschine, wobei das Rotorlagersystem wenigstens umfasst: Ein axiales Folien-Luft-Lager mit wenigstens einer Deckfolie, die axial beabstandet zu einem Auflagemittel vorgesehen ist und mit wenigstens einer Federfolie, die zwischen der Deckfolie und dem Auflagemittel angeordnet ist; und einen Rotor, welcher an der Deckfolie des axialen Folien- Luft-Lagers anliegt und zu dem axialen Folien-Luft-Lager drehbar ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2019 200331 Al ist ein Folienaxiallager für Brennstoffzellensysteme bekannt, wobei das Folienaxiallager eine Druckscheibe mit wenigstens einer Deckfolie, welche in Umfangsrichtung auf der Druckscheibe angeordnet ist, und eine Federfolie, welche zwischen der Druckscheibe und der Deckfolie angeordnet ist, umfasst.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Montage eines Folienaxiallagers mit unterschiedlichen Lagerfolien, die in einer definierten Lage und in einer bestimmten Reihenfolge auf zwei Seiten eines axialen Zwischenraums montiert werden, zu vereinfachen. Die Aufgabe ist bei einem Folienaxiallager mit unterschiedlichen Lagerfolien, die in einer definierten Lage und in einer bestimmten Reihenfolge auf zwei Seiten eines axialen Zwischenraums montiert werden, dadurch gelöst, dass die unterschiedlichen Lagerfolien mit zusätzlichen Kennungen versehen sind, die an den unterschiedlichen Lagerfolien nur dann in einer definierten Kennungsanordnung sichtbar sind, wenn die unterschiedlichen Lagerfolien in einer richtigen Montagereihenfolge montiert und korrekt positioniert sind. So kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die unterschiedlichen Lagerfolien in dem Folienaxiallager ihre zugeordneten Funktionen voll ausüben können. Die einzelnen Lagerfolien mit den zusätzlichen Kennungen sind vorteilhaft so gestaltet, dass eine Poka-Yoke-Montage der einzelnen Lagerfolien ermöglicht wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Lagerfolien mit Sichtfenstern versehen sind, die so gestaltet und relativ zu der zusätzlichen Kennung von jeweils mindestens einer in der richtigen Montagereihenfolge unmittelbar folgenden Lagerfolie positioniert sind, dass die zusätzlichen Kennungen von mindestens zwei in der richtigen Montagereihenfolge unmittelbar aufeinander folgenden Lagerfolien nur dann in dem zugeordneten Sichtfenster sichtbar sind, wenn die mindestens zwei in der richtigen Montagereihenfolge unmittelbar aufeinander folgenden Lagerfolien korrekt montiert sind. So kann auf einfache Art und Weise sowohl bei einer manuellen Montage als auch bei einer ganz oder teilweise automatisierten Montage eine ordnungsgemäße Anordnung der unterschiedlichen Lagerfolien sichergestellt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Kennungen so ausgeführt und angeordnet sind, dass die richtige Montagereihenfolge bei der Montage detektiert werden kann. Das Detektieren der richtigen Montagereihenfolge kann manuell mit einem menschlichen Auge und/oder mittels eines geeigneten Kamerasystems erfolgen. Je nach Ausführung und Gestaltung der zusätzlichen Kennungen in Kombination mit den Sichtfenstern können einzelne Montageschritte kontrolliert werden. Es ist aber gegebenenfalls auch möglich, die komplette Montagereihenfolge nach Beendigung der Montage des Folienaxiallagers manuell oder automatisiert zu kontrollieren. Je nach Anordnung und Ausführung der zusätzlichen Kennungen ist es unter Umständen auch möglich, auf die vorab beschriebenen Sichtfenster zu verzichten. Dann muss natürlich sichergestellt sein, dass die zusätzlichen Kennungen im montierten Zustand des Folienaxiallagers in geeigneter Art und Weise detektiert werden können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Kennungen und/oder die Sichtfenster in nicht funktionsrelevanten Bereichen der unterschiedlichen Lagerfolien angeordnet sind. So wird sichergestellt, dass die unterschiedlichen Lagerfolien in ihrer gewünschten Funktion im eingebauten Zustand, zum Beispiel in einem Verdichter eines Brennstoffzellensystems, nicht beeinträchtigt werden. Die Umgestaltung der Folienlager erfolgt vorteilhaft quasi kostenneutral, da deren Geometrien aus verschiedenen Coils herausgeätzt werden. Die zusätzlich eingebrachten Kennungen sowie die Änderung von Lochkreisen der unterschiedlichen Lagerfolien sind somit nicht mit einem signifikant erhöhten Fertigungsaufwand verbunden. Vorteilhaft ist lediglich eine einmalige Anpassung von Negativmasken für das Ätzen der unterschiedlichen Lagerfolien erforderlich. Die damit verbundenen Fertigungskosten sind marginal.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Kennungen Buchstaben umfassen. Die zusätzlichen Kennungen umfassen zum Beispiel Großbuchstaben des Alphabets. Die Buchstaben sind gut sichtbar an den unterschiedlichen Lagerfolien angebracht, und zwar vorteilhaft gut sichtbar sowohl vor dem Einbau als auch im eingebauten Zustand. Dadurch wird die Montage des Folienaxiallagers erheblich vereinfacht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Kennungen optisch mit einer Detektionseinrichtung automatisiert erfassbare Symbole, wie Punkte, umfassen. Die automatisiert erfassbaren Symbole können zum Beispiel unterschiedliche Anzahlen von gleich großen und gut sichtbaren Punkten umfassen. Durch die automatisiert erfassbaren Symbole wird besonders vorteilhaft eine automatisierte Fertigung, insbesondere eine Großserienfertigung, ermöglicht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Lagerfolien zwei Foliensätze mit jeweils einer Deckfolie, einer Anschlagscheibe, einer Distanzscheibe und eine Deckscheibe umfassen. Zwischen den beiden Foliensätzen sind Einstellscheiben und zum Beispiel ein Zwischenring angeordnet, um den vorab beschriebenen Zwischenraum darzustellen. Der Aufbau und die Konstruktion von Folienaxiallagern sind an sich bekannt. Die Anschlagscheiben und die Distanzscheiben und gegebenenfalls auch die Einstellscheiben können aus einem folienartigen Material gebildet sein. Dann werden diese Scheiben auch als Folien bezeichnet. Die beiden Foliensätze umfassen vorteilhaft Gleichteile. Dadurch wird die Herstellung vereinfacht. Allerdings ergeben sich unter Umständen Probleme bei der Montage, die durch die zusätzlichen Kennungen, insbesondere in Kombination mit den Sichtfenstern, gelöst werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Folienaxiallagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Foliensätze über drei asymmetrisch angeordnete Stifte orientiert sind. Die Stifte sind zum Beispiel an einer Lagerplatte angebracht. Das beanspruchte Folienaxiallager umfasst vorzugsweise zwei derartige Lagerplatten, zwischen denen die beiden Foliensätze mit den Einstellscheiben und gegebenenfalls dem Zwischenring angeordnet sind. Die beiden Foliensätze sind vorteilhaft unter Zwischenschaltung der Einstellscheiben und dem Zwischenring axial zwischen den beiden Lagerplatten eingespannt.

Bei einem Verfahren zum Montieren eines vorab beschriebenen Folienaxiallagers ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass bei der Montage der unterschiedlichen Lagerfolien kontrolliert wird, ob die zusätzlichen Kennungen sichtbar und korrekt angeordnet sind. Mit der Umsetzung der vorab beschriebenen geometrischen Anpassungen an den unterschiedlichen Lagerfolien, die zum Beispiel zusätzliche Kennungen und gegebenenfalls auch Sichtfenster an den unterschiedlichen Lagerfolien umfassen, ist sichergestellt, dass die unterschiedlichen Lagerfolien nicht in falscher Einbaulage montiert werden. Darüber hinaus wird eine optische Kontrolle der korrekten Montagelage und Reihenfolge der unterschiedlichen Lagerfolien manuell oder mittels eines geeigneten Kamerasystems ermöglicht. Damit werden Beanstandungen oder Ausfälle bei einer Prüfung oder im Feld aufgrund von fehlerhafter Montage der Axiallagerfolien vermieden. Personalschulungen werden vereinfacht. Insbesondere wird eine fehlerfreie Montage auch dann ermöglicht, wenn der Montageort nicht oder nur eingeschränkt einsehbar ist.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Gaszuführeinrichtung mit einem Rotor, der durch ein vorab beschriebenes Folienaxiallager gelagert ist. Bei der Gaszuführeinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen elektromotorisch angetriebenen Luftverdichter, mit dem in einem Brennstoffzellensystem Luft bereitgestellt wird.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Foliensatz, insbesondere eine Lagerfolie, und/oder eine Lagerplatte für ein vorab beschriebenes Folienaxiallager. 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 Explosionsdarstellung eines Folienaxiallagers mit unterschiedlichen Lagerfolien;

Figur 2 eine Anschlagscheibe des Folienaxiallagers aus Figur 1 mit einem symmetrischen Lochbild in einer Draufsicht; Figur 3 einen Lochkreis der Anschlagscheibe aus Figur 2 zur Veranschaulichung der Unterschiede zwischen der Anschlagscheibe in Figur 2 und einem Ausführungsbeispiel der Anschlagscheibe mit einem asymmetrischen Lochbild;

Figur 4 eine Anschlagscheibe mit einem asymmetrischen Lochbild in einer Draufsicht;

Figur 5 eine schematische, perspektivische Darstellung des Folienaxiallagers aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung mit Sichtfenstern an den unterschiedlichen Lagerfolien; und

Figur 6 eine ähnliche Darstellung wie in Figur 5 mit zusätzlichen Kennungen an den unterschiedlichen Lagerfolien.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Folienaxiallagers 1. In den Figuren 5 und 6 ist das Folienaxiallager 1 schematisch, perspektivisch dargestellt, um Ausführungsbeispiele des Folienaxiallagers 1 mit zusätzlichen Kennungen 41 bis 49 und/oder mit Sichtfenstern 50 bis 60 zu veranschaulichen.

Das Folienaxiallager 1 umfasst zwei Foliensätze 10; 20. Die Foliensätze 10; 20 umfassen jeweils eine Federfolie 11; 21, eine Anschlagsscheibe 12; 22, eine Distanzscheibe 13; 23 und eine Deckfolie 14; 24. Der Aufbau und die Funktion derartiger Folienaxiallager 1 sind an sich bekannt.

In einem axialen Zwischenraum 8 zwischen den beiden Foliensätzen 10 und 20 sind Einstellscheiben 30 bis 39 und ein Zwischenring 40 angeordnet. Die Einstellscheiben 30 bis 39 dienen dazu, einen definierten Abstand zwischen den beiden Foliensätzen 10, 20 darzustellen.

Radial innerhalb der Einstellscheiben 30 bis 39 ist im montierten Zustand des Folienaxiallagers 1 eine nicht dargestellte Axiallagerscheibe angeordnet, die zum Beispiel an einem Rotor eines Verdichters zur Darstellung einer axialen Lagerung für den Rotor mit dem Folienaxiallager 1 dient. Die Axiallagerscheibe kann einstückig mit einer Welle verbunden sein und auch als scheibenförmiger Bereich des Rotors bezeichnet werden.

Das Folienaxiallager 1 umfasst im montierten Zustand in dem axialen Zwischenraum 8 radial innerhalb der Einstellscheiben 30 bis 39 und des Zwischenrings 40 den scheibenförmigen Bereich des Rotors, und zwar auf beiden Seiten, das heißt in Figur 1 linksseitig sowie rechtsseitig. Der scheibenförmige Bereich oder die Axiallagerscheibe des Rotors kann im eingebauten Zustand des Folienaxiallagers 1 linksseitig sowie rechtsseitig zum Anschlag kommen. Zwischen dem scheibenförmigen Bereich und den angrenzenden Bauteilen befinden sich jeweils die Foliensätze 10, 20 des Folienaxiallagers 1.

Bei der Montage wird zum Beispiel zunächst linksseitig die Federfolie 21 montiert, die auch als Federblech oder bump foil bezeichnet wird. Die Federfolie 21 wird über drei Stifte orientiert, die bei herkömmlichen Folienaxiallagern in Umfangsrichtung um einhundertzwanzig Grad versetzt zueinander angeordnet und in der Lagerplatte 6 aufgenommen sind.

Anschließend erfolgt die Montage der Anschlagscheibe 22, die auch als Überhubanschlagscheibe bezeichnet wird. Daraufhin erfolgt die Montage der Distanzscheibe 23 und der Deckfolie 24, die auch als top foil bezeichnet wird. Die Deckfolie oder top foil 24 dient bei korrekter Einbaulage dazu, einen Luftspalt zur Axiallagerscheibe des Rotors, die auch als Rotorscheibe bezeichnet wird, während der Rotation im Betrieb des Rotors aufzubauen.

Rechtsseitig erfolgt der Lageraufbau sinngemäß in gleicher Weise. Der entstehende und ausgemessene Zwischenraum 8 wird mit einer geeigneten Anzahl der Einstellscheiben 30 bis 39 überbrückt. So wird sichergestellt, dass alle unterschiedlichen Lagerfolien beziehungsweise Lagerscheiben der Foliensätze 10, 20 stabil korrekt zwischen den beiden Lagerplatten 5, 6 eingespannt sind. Zwischen der Deckfolie 24 und der Einstellscheibe 30 ist noch der sogenannte Zwischenring 40 angeordnet. In Figur 2 ist gezeigt, dass die Anschlagscheibe 22 ein bezogen auf eine Symmetrielinie 62 symmetrisches Lochbild mit symmetrisch angeordneten Positionslöchern 67, 78, 79 aufweisen kann. In Figur 4 ist veranschaulicht, dass die Anschlagscheibe 22 vorteilhaft mit einem asymmetrischen Lochbild ausgestattet wird, das asymmetrisch angeordnete Positionslöcher 77, 78, 79 umfasst.

In den Figuren 2 und 4 sieht man, dass die Anschlagscheibe 22 in beiden Ausführungen, das heißt sowohl mit symmetrischem als auch mit asymmetrischem Lochbild, insgesamt vier Schraublöcher 63, 64, 65, 66 aufweist. Die Schraublöcher 63 bis 66 dienen zum Durchführen von Schrauben, die zur Befestigung des Folienaxiallagers 1 dienen.

Zusätzlich umfasst die Anschlagscheibe 22 die drei Positionierlöcher 67; 78, 79, die in Figur 2 bezogen auf die Symmetrielinie 62 symmetrisch angeordnet sind, während die Positionierlöcher 77 bis 79 in Figur 4 bewusst asymmetrisch angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Anschlagscheibe 22 in Figur 4 mit einer zusätzlichen Kennung 48 ausgestattet.

Durch die asymmetrische Anordnung der drei Stifte und der Positionierlöcher 77 bis 79 wird ein unerwünschtes Verdrehen der Folien und Scheiben der Foliensätze 10, 20 vermieden. Darüber hinaus wird durch die asymmetrische Anordnung der Positionierlöcher 77 bis 79 ein unerwünschtes Vertauschen von Vorderseite und Rückseite bei der Montage vermieden.

Für den Verbau jeder einzelner Lagerfolie der Foliensätze 10, 20 gilt das Poka- Yoke-Prinzip. So kann sowohl das Berücksichtigen einer Drehrichtung als auch eine Beachtung von Vorderseite und Rückseite der Lagerfolien bei der Montage vollständig entfallen.

In Figur 6 ist angedeutet, dass die Folien und Scheiben 11 bis 14; 21 bis 24 der Foliensätze 10; 20 gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung mit zusätzlichen Kennungen 41 bis 49 versehen werden. Die zusätzlichen Kennungen 41 bis 49 werden gemäß der jeweiligen technischen Zeichnung, die der Konstruktion der Foliensätze 10; 20 zugrunde liegt, am Folienrand angebracht. Die zusätzlichen Kennungen 41 bis 49 umfassen vorteilhaft fest zugewiesene Großbuchstaben.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Folien und Scheiben 11 bis 14, 30 bis 39, 40 und 21 bis 24 die Großbuchstaben A, B/H, C/G, D, E, F, C/G, B/H und J, und zwar in einer in Figur 6 von unten nach oben aufsteigenden Reihenfolge von A bis J. In der aufsteigenden Reihenfolge des Alphabets werden diese Lagerfolien beziehungsweise Lagerscheiben der Reihe nach montiert.

In Figur 5 ist angedeutet, dass die Lagerscheiben und Lagerfolien der Foliensätze 10, 20 zusätzlich zu den in Figur 6 angedeuteten zusätzlichen Kennungen 41 bis 49 noch mit Sichtfenstern 50 bis 60 ausgestattet sind. Die Sichtfenster 50 bis 60 sind vorteilhaft in Randbereichen der Folien beziehungsweise Scheiben der Foliensätze 10, 20 vorgesehen.

Die Sichtfenster 50 bis 60 dienen vorteilhaft dazu, darunter liegende beziehungsweise verdeckte Folien oder Scheiben beziehungsweise zusätzliche Kennungen an diesen Folien oder Scheiben erkennbar zu machen. Dabei sind die Sichtfenster 50 bis 60 vorteilhaft so klein dimensioniert, dass eine Fehlmontage über die vorab beschriebenen drei Stifte ausgeschlossen ist.

Bei ordnungsgemäßer Montage der beiden Foliensätze 10, 20 ergibt sich zum Beispiel eine definierte Kennungsanordnung, die auch als Sichtbild bezeichnet wird, A-B-C-D-E-F-G-H-J. Dieses Sichtbild kann vorteilhaft sowohl während der Montage von dem montierenden Mitarbeiter selbst als auch durch ein geeignetes Kamerasystem kontrolliert werden.

Alternativ können für eine Kameraprüfung anstatt der vorab beschriebenen Buchstaben entsprechende Punkte verwendet werden, die in Figur 6 dargestellt sind. Durch die Verwendung der Punkte als zusätzliche Kennung 41 bis 49 wird das optische Detektieren mit einem geeigneten Kamerasystem erleichtert.

Die Anschlagscheiben 12; 22, die auch als Hubanschlagscheiben bezeichnet werden, und die Distanzscheibenl3; 23 sind besonders vorteilhaft als Gleichteile ausgeführt. Das wird durch die zusätzlichen Kennungen B/H und C/G nicht beeinträchtigt, da die nicht benötigten Sichtfenster und Buchstaben prinzipbedingt über die darüber beziehungsweise darunter liegende Folie oder daneben angeordnete Folie abgedeckt werden.