CN114127431B - 可倾瓦轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可倾瓦轴承，包括可倾瓦块(1‑3)，其相对于壳体可倾斜，以便在可倾瓦块(1‑3)与转子体之间产生轴承间隙。为了改善可倾瓦轴承的可制造性，可倾瓦块(1‑3)与面式的可弯曲承载结构(10)一件式连接。

Description

可倾瓦轴承

技术领域

本发明涉及一种可倾瓦轴承，其具有可倾瓦块，该可倾瓦块能够相对于壳体倾斜，以便在可倾瓦块与转子体之间产生轴承间隙。此外，本发明还涉及一种用于制造这样的可倾瓦轴承的方法。

背景技术

由欧洲专利文献EP 3 260 716 B1已知一种可倾瓦轴承，其具有：可倾瓦块，所述可倾瓦块具有销元件；套筒，其中，所述套筒具有至少一个销元件接收部，该销元件接收部具有沿周向方向的缺口；其中，销元件可接收在该缺口中，其中，销元件能够沿着在周向方向上的缺口运动，用于调整可倾瓦块的至少一个间隙。

发明内容

本发明的任务在于，对可倾瓦轴承在其可制造性方面进行改进，所述可倾瓦轴承具有可倾瓦块，其能够相对于壳体倾斜，以便在可倾瓦块与转子体之间产生轴承间隙。

该任务在可倾瓦轴承(该可倾瓦轴承具有可倾瓦块，其能够相对于壳体倾斜，以便在可倾瓦块与转子体之间产生轴承间隙)中通过以下方式解决：可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构一件式地连接。可倾瓦轴承包括至少三个可倾瓦块。特别优选地，可倾瓦轴承包括正好三个可倾瓦块。在可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接例如包括至少一个固体铰接部、尤其是旋转铰接部。要求保护的可倾瓦轴承可以实施为径向轴承，但也可以实施为轴向轴承。在传统的可倾瓦轴承中，可倾瓦块例如与轴承环材料锁合地连接。然而，可倾瓦块也可以实施为单独的单个零件，其放入到外环或轴承环中。可倾瓦块与其一件式连接的面式的可弯曲承载结构在要求保护的可倾瓦轴承中有利地贴靠在壳体上。由此显著地改善可倾瓦块在壳体上的热连接。此外，这提供以下优点：可倾瓦块在可倾瓦轴承的运行中不会如在传统的可倾瓦轴承中那么热。因此以简单的方式确保：不超过构成可倾瓦块和面式的可弯曲承载结构的材料的允许材料温度。此外，可倾瓦轴承的制造通过在可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接而极大地简化。如果可倾瓦轴承实施为径向轴承，则面式的可弯曲承载结构例如可以具有矩形形状。矩形的面式的可弯曲承载结构在制造时被引入到直圆柱体外周面的形状中。该圆柱体外周面状的面式的可弯曲承载结构然后被引入壳体的相应接收部中。如果可倾瓦轴承实施为轴向轴承，则面式的可弯曲承载结构例如具有圆盘形状。与可倾瓦块一件式连接的面式的可弯曲承载结构优选具有大于0.5毫米的厚度。根据转子体、尤其是轴的直径的大小，面式的可弯曲承载结构优选具有在1至3毫米之间的厚度。

可倾瓦轴承的一个优选实施例的特点在于，在可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接包括至少一个弯梁。通过该弯梁可以将可倾瓦块如此连接到面式的可弯曲承载结构上，使得可倾瓦块在可倾瓦轴承的运行中在可倾瓦块与转子体之间产生期望的轴承间隙。通过弯梁可以将相应的可倾瓦块例如相对于转子体预紧到期望的位置中。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，在可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接包括至少一个扭力梁。通过该扭力梁可以将可倾瓦块如此连接到面式的可弯曲承载结构上，使得可倾瓦块在可倾瓦轴承的运行中在可倾瓦块与转子体之间产生期望的轴承间隙。通过扭力梁可以将相应的可倾瓦块例如相对于转子体预紧到期望的位置中。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，面式的可弯曲承载结构由板材构成。构成面式的可弯曲承载结构的板材例如是简单构造的板材片或板材盘或者是板材弯曲件，其承担对可倾瓦轴承的接收。除了用于必要时所需的精加工的成本外，其制造成本相比于传统的可倾瓦轴承的制造成本微不足道地低。代替板盘材或板材片作为初始材料也可以使用管材。例如通过激光加工在径向上构造管材。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，在可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接具有限定的柔韧性和/或限定的扭转刚度。在可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接可以关于其几何结构在制造时以简单的方式来改变。根据选择的几何结构，借助要求保护的可倾瓦轴承可以通过将其悬接在一件式连接部位上来调整各个可倾瓦块的柔韧性和/或可倾瓦块的扭转刚度。也实施成并且称为轴承垫(Lagerpads)的可倾瓦块可以相对于壳体的相应基本结构、尤其是盘形的基本结构或圆柱外周面状的基本结构略微地错开或调整，使得仅可倾瓦块或轴承垫承载例如实施为轴或轴环圈(Wellenbund)的转子体。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，可倾瓦块如此错开地连接到面式的可弯曲承载结构上，使得在可倾瓦轴承的运行中仅可倾瓦块承载转子体。因此，关于可倾瓦块连接到面式的可弯曲承载结构上，“错开”意味着：可倾瓦块通过要求保护的与面式的可弯曲承载结构的一件式连接部类似于在传统的可倾瓦轴承中那样良好地相对于转子体处于和保持在位置中，以便在可倾瓦轴承的运行中产生期望的轴承间隙。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，可倾瓦块在面式的可弯曲承载结构中实施为连接板。所述连接板在径向轴承的情况下例如基本上具有矩形形状。在轴向轴承的情况下，所述连接板例如具有圆环盘部段(Kreisringscheibenausschnitten)的形状。接片通过至少一个一件式连接部连接到面式的可弯曲承载结构上。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，可倾瓦块中的至少一个在多于一个连接部位上与面式的可弯曲承载结构一件式连接。由此，以简单的方式能够实现可倾瓦块更稳定地连接到面式的可弯曲承载结构上。此外，通过在可倾瓦块与承载结构之间使用多于一个一件式连接部简化相应可倾瓦块相对于面式的可弯曲承载结构在壳体中相对于转子体的期望的布置或位置。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，可倾瓦块中的至少一个在关于可倾瓦块中央的区域与面式的可弯曲承载结构一件式连接。此外，这提供以下优点：在运行中出现的在可倾瓦块与转子体之间的面压力的变化不导致可倾瓦块与转子体之间的角度变化。通过与相应可倾瓦块的中央区域的一件式连接可以将可倾瓦块的柔韧性和倾斜很大程度地与面式的可弯曲承载结构脱耦。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，可倾瓦块中的至少一个在连接部位上通过至少一个旋转铰接部与面式的可弯曲承载结构连接。通过旋转铰接部可以将相应的可倾瓦块以简单的方式相对于面式的可弯曲承载结构和/或转子体以期望的角度布置。通过两个旋转铰接部可以再次进一步增大关于可倾瓦块相对于面式的可弯曲承载结构和/或转子体的期望布置的构型自由度。

可倾瓦轴承的另一优选实施例的特点在于，可倾瓦块中的至少一个在至少一个辅助连接部位上与面式的可弯曲承载结构一件式连接。辅助连接部位有利地用于在安装到壳体中之前提高面式的可弯曲承载结构与可倾瓦块的稳定性。在安装到壳体中之前或在调试可倾瓦轴承之前移除或分离在辅助连接部位上的连接。

此外，本发明涉及一种用于制造和/或运行上述可倾瓦轴承的方法。作为在制造具有可倾瓦块的面式的可弯曲承载结构时的初始材料，例如使用钢材料、黄铜材料、红铜材料或轴承金属材料。而且也可以使用复合材料，例如具有硬层的钢板材，该硬层例如通过电镀、热喷射或焊接方法施加。通过选择相应的材料可以影响耐久性或耐磨性，这例如在可倾瓦轴承运行中的频繁启/停过程的情况下是有帮助的。通过弯曲或冲压和冲制工艺结合通过激光切割或水射束切割的分离加工可以制造可倾瓦块在面式的可弯曲承载结构中的期望的几何结构以及用于可倾瓦轴承的可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接。高表面硬度(只要是必要的)可以通过热处理，例如通过调质处理或边缘层硬化或者通过涂层、尤其通过镍涂层或碳涂层实现。在径向轴承的情况下，可以将面式的可弯曲承载结构连同切开的可倾瓦块(也称为轴承垫)作为弹性的、敞开的套筒压入到壳体中。然而，具有可倾瓦块的面式的可弯曲承载结构也可以在***或压入到壳体中之前被焊接成闭合套筒。可倾瓦块、尤其是轴承垫的高精度可以通过磨削工艺实现。附加地可以构造支承部位的表面，以便改善轴承特性。因此，例如可以将微结构、凹部(Taschen)或螺旋槽纹(Spiralrillen)引入到可倾瓦块的表面中。此外，所有要求保护的可倾瓦轴承的特点在于，在轴承间隙中产生楔形变细的面，在这些面与旋转的转子体、尤其是旋转的轴之间产生流体薄膜，该流体薄膜承载转子体、尤其是轴，使得在运行中不发生接触。随着提高的转数，楔形角度尤其可以根据在各可倾瓦块与面式的可弯曲承载结构之间的一件式连接部的扭转刚度变化。因此，可倾瓦块或轴承垫可以根据负载或多或少地弯曲。

此外，本发明还涉及一种压缩机，其具有被驱动的轴，该轴通过至少一个上述可倾瓦轴承支承。具有可倾瓦块的面式的可弯曲承载结构本身可以在所有用于快速旋转的转子的可倾瓦轴承中、尤其在涡轮机和压缩机中使用。

本发明必要时也涉及用于上述可倾瓦轴承的或用于制造这样的可倾瓦轴承的面式的可弯曲承载结构。面式的可弯曲承载结构连同可倾瓦块可单独处理。

附图说明

本发明另外的优点、特征和细节由下面的说明得出，其中，参照附图详细地描述不同的实施例。

附图示出了：

图1具有三个可倾瓦块的、呈闭合套筒形状的面式的可弯曲承载结构的立体视图；

图2图1的面式的可弯曲承载结构的前视图；

图3在成型过程之前的图1和图2的面式的可弯曲承载结构的立体视图；

图4根据另一实施例的如图1中那样的类似示图；

图5图4的局部的放大视图；

图6在初始状态下的图4和5的面式的可弯曲承载结构；

图7根据另一实施例的如图1和4中那样的类似示图；

图8在初始状态下的图7的面式的可弯曲承载结构；

图9用于布置在轴向轴承中的面式的可弯曲承载结构；

图10图9的面式的可弯曲承载结构的前视图；

图11图9的面式的可弯曲承载结构的一个变型；

图12根据另一实施例的如图9和11中那样的类似示图；

图13图12的放大的局部；

图14根据另一实施例的如图9、11和12中那样的类似示图；

图15图14的局部的放大视图；

图16如图1中所示的面式的可弯曲承载结构，其具有两个附加的辅助连接片；和

图17具有轴的压缩机的示意图，该轴通过三个可倾瓦轴承在径向和轴向上可旋转地支承。

具体实施方式

在图17中示意地示出燃料电池***的压缩机100。压缩机100包括壳体101，在该壳体中布置有电动机102。电动机102用于驱动压缩机100的轴103。

压缩机100的轴103借助两个可倾瓦轴承104、105径向地支承在壳体101中。可倾瓦轴承106用于轴向地支承轴103。

在轴103的图17中的左端部上安装有压缩机轮107。如果压缩机轮107通过轴103被电动机102驱动，则压缩机轮107用于压缩在燃料电池***中提供的空气。

可倾瓦轴承104、105；106分别包括一个壳体108、109；110。轴103包括两个轴区段，其也称为转子体111、112，借助所述转子体将轴103径向地支承在可倾瓦轴承104、105中。

此外，轴103还包括轴环圈，其也称为转子体113。通过转子体113将轴103通过可倾瓦轴承106轴向地支承在壳体101中。

可倾瓦轴承104、105分别包括三个可倾瓦块1、2、3。与传统的可倾瓦轴承不同地，可倾瓦块1、2、3与面式的可弯曲承载结构10；20；30的框架4一件式连接。为了标明相同或相似的零件，在图1至8、9至15中使用相同的附图标记。首先描述图1至8、9至15的不同实施例的共同点。随后论述其不同之处。

框架4为了实现在图1至8中的径向轴承而具有包括两个纵向接片5、6的矩形形状，所述纵向接片在其自由端部上通过横向接片7、8相互连接。此外，两个纵向接片5、6通过两个连接片9一件式地相互连接。

可倾瓦块1、2、3作为连接板或轴承垫11、12、13；21、22、23；31、32、33由面式的可弯曲承载结构10；20；30分离出。在此，轴承垫11、12、13；21、22、23；31、32、33在至少一个部位与框架4一件式连接。

在所示的实施例中，轴承垫11、12、13；21、22、23；31、32、33分别以相同的方式连接到所属的面式的可弯曲承载结构10；20；30中。然而与所示的不同，也可以在一个面式的可弯曲承载结构中相互组合不同的连接类型。

在图1至3中，轴承垫11至13分别通过两个一件式连接部14、15连接到面式的可弯曲承载结构10中。一件式连接部14、15如在图3中可看到地实施为弯梁。在两个一件式连接部14、15之间设置有平行于连接片9的呈长孔形状的槽口16。

在图4至6中，每个轴承垫21至23分别设置有与面式的可弯曲承载结构20的一件式连接部24。一件式连接部24实施为具有两个固体铰接部26、27的弯梁25。固体铰接部26、27用于形成旋转铰接部。通过弯梁25，连接片9与轴承垫12的中央或中间区域一件式地连接。

在图7和8中示出的实施例中，轴承垫31至33分别通过两个扭力梁34、35连接到面式的可弯曲承载结构30中。以弯曲和扭转结构的组合可以实现多种另外的(未示出的)几何结构。

面式的可弯曲承载结构10；20；30例如可以通过冲压产生。冲压可以在面式的可弯曲承载结构10；20；30的平面状态下进行。替代地，冲压可以在卷起的状态下例如使用支撑工具执行。支撑工具可以从两侧插接，而一个或多个冲压头将承载臂，例如弯梁或扭力梁(其用于形成一件式连接)径向向内挤压。

实施为轴向轴承的可倾瓦轴承106例如包括六个可倾瓦块41至46或八个可倾瓦块41至48。可倾瓦块41至48实施为轴承垫54；64；74并且通过至少一个一件式连接部连接到面式的可弯曲承载结构50；60；70中。面式的可弯曲承载结构50；60；70具有圆环盘的形状，该圆环盘具有内环盘55和外环盘56。在两个相同实施的轴承垫54；64；74(其用于形成可倾瓦块41至48)之间分别布置有辐条体49。总共六个或八个辐条体49将内环盘55与相应面式的可弯曲承载结构50；60；70的外环盘56一件式地连接。

在图9和10中，总共八个可倾瓦块41至48分别通过两个一件式连接部51、52与面式的可弯曲承载结构50的辐条体49连接。在面式的可弯曲承载结构50中在两个一件式连接部51、52(其实施为弯梁)之间分别设置有槽口53。

在图11中示出图9的一个变型。在图11的变型中取消内环盘(在图9中为55)。否则，图9和11的实施方案是相同的。

在图10；13；15中直观阐明：用于形成可倾瓦块的轴承垫54；64；74设有角度，以便在所产生的轴承间隙中形成期望的压力垫(Druckpolster)。该压力垫在可倾瓦轴承的运行中用于禁止轴或者轴环圈与轴承垫54；64；74之间的不期望的接触。

在轴向轴承的情况下，轴承垫64的悬接也可以如在图12和13中可看到的那样移位到相应轴承垫64的中央区域中。在图13的放大视图中可看到：借助固体铰接部66、67能够实现轴承垫64在面式的可弯曲承载结构60中近似铰接的悬接。

在图14和15中可看到：轴承垫74也可以分别借助两个扭力梁72、73连接到面式的可弯曲承载结构70中。对于形成扭力梁72、73的悬接所需的、在轴承垫74与环盘55、56之间的一件式连接部在制造技术上例如能够通过冲压简单地实现。轴承垫74的悬接、连接或附接也可以根据需要位于轴承垫中间以外。

在图16中示出，对于精加工除在图1中的一件式连接部14、15外也设置有辅助接片81、82，通过辅助接片81、82将所属的轴承垫12附加地在两个部位上与框架4一件式连接。辅助接片81、82可以在加工之后例如在退火工艺(Glühprozess)中被断开，尤其借助激光。

Claims (9)

1.一种可倾瓦轴承（104、105；106），其具有可倾瓦块（1-3；41-48），所述可倾瓦块能够相对于壳体（108、109；110）倾斜，以便在所述可倾瓦块（1-3；41-48）与转子体（111、112；113）之间产生轴承间隙，其中，所述可倾瓦块（1-3；41-48）与面式的可弯曲承载结构（10；20；30；50；60；70）一件式连接，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）中的至少一个可倾瓦块在多于一个连接部位（14、15；51、52）上与所述面式的可弯曲承载结构（10；30；50）一件式连接。

2.根据权利要求1所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）与所述面式的可弯曲承载结构（10；20； 50；60）之间的一件式连接（14、15；24；51、52；61）包括至少一个弯梁（25）。

3.根据权利要求1或2所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）与所述面式的可弯曲承载结构（30；70）之间的一件式连接包括至少一个扭力梁（34、35；72、73）。

4.根据权利要求1或2所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述面式的可弯曲承载结构（10；20；30；50；60；70）由板材构成。

5.根据权利要求1或2所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）错开地连接到所述面式的可弯曲承载结构（10；20；30；50；60；70）上，使得在所述可倾瓦轴承（104、105；106）的运行中仅所述可倾瓦块（1-3；41-48）承载所述转子体（111、112；113）。

6.根据权利要求1或2所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）实施为在所述面式的可弯曲承载结构（10；20；30；50；60；70）中的连接板。

7.根据权利要求1或2所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）中的至少一个可倾瓦块在关于所述可倾瓦块（1-3；41-48）的中央区域中与所述面式的可弯曲承载结构（20；60）一件式连接。

8.根据权利要求1或2所述的可倾瓦轴承，其特征在于，所述可倾瓦块（1-3；41-48）中的至少一个可倾瓦块在一个连接部位上通过至少一个旋转铰接部（26、27；66、67）与所述面式的可弯曲承载结构（20；60）连接。

9.一种压缩机（100），其具有受驱动的轴（103），所述轴被至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的可倾瓦轴承（104、105；106）支承。