DE2909973C2

DE2909973C2 - Aerodynamisches federndes Mehrgleitflächenlager

Info

Publication number: DE2909973C2
Application number: DE2909973A
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof. Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Glienicke
Original assignee: Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen Ev 6000 Frankfurt De; Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen Ev 6000 Frankfurt
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2909973A1; SE8001982L; US4315660A; JPS6049768B2; SE435206B; GB2054063B; GB2054063A; FR2451500A1; JPS55166523A; FR2451500B1

Description

Die Erfindung betriift ein aerodynamisches federndes Mehrgleitflächenlager mit zwei relativ zueinander gleitenden Lagerteilen und einer elastischen und dämpfenden Struktur, die mit einem Lagerteil verbunden ist und aus zwei übereinanderliegenden dünnwandigen federnden Folien besteht, von denen die erste die Lauffläche bildet und über erste Stege auf der zweiten Folie abgestützt ist die ihrerseits über zweite Stege auf dem zugehörigen Lagerteil abgestützt ist, wobei die ersten und zweiten Stege in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt und alle Stege senkrecht zur Laufrichtung und auf beiden Seiten der zweiten Folie fest angeordnet sind

Aerodynamische Lager verwenden als Schmiermittel Luft oder andere Gase. Der für die Tragkraft des Lagers notwendige Druck im Schmierspalt wird ähnlich wie bei hydrodynamischen Lagern selbsttätig durch die Gleitbewegung der Laufflächen in keilförmig konvergierenden Bereichen des Schmierspaltes (Tragkeil oder Schmierkeil) erzeugt Mehrere Schmierkeile auf dem Lagerumfang verbessern die Lagerführung und -Stabilität.

Die niedrige Viskosität von Gasen ermöglicht im Vergleich zu flüssigkeitsgeschmierten Lagern erheblich höhere Gleitgeschwindigkeiten. Gleichzeitig wird die Verlustleistung im Lager herabgesetzt. Gase behalten ihre Schmiereigenschaften über weite Temperaturbereiche von sehr niedrigen bis sehr hohen Temperaturen bei. Außerdem gibt es keine Dichtungsprobleme, da ein aerodynamisches Lager sein Schmiermittel aus dem Arbeitsmedium entnimmt. Aus diesen Gründen können aerodynamische Lager für extreme BetriebsbetH?tgi<ngen verwendet werden, für Lager mit extrem hohen ümfanggeschwindigkeiten und Lager, die sowohl bei extrem niedrigen ak auch extrera hohen Betriebstemperaturen arbeiten sollen. Anwendungsbereiche sind schnellaufende Wellen beliebiger Art. z. B. Kleingasturbinen und Abgasturbolader und andere kleine Turbomaschinen.

Bei aerodynamischen Federlagern wird ein Lagerteil mit einer elastischen und dämpfenden Struktur aus dünnwandigen federnden Folien versehen, die die Lauffläche dieses Lagerteile» bildet Diese Struktur gibt bei thermischer Ausdehnung des anderen Lagerteiles nach, so daß eine ausreichende Schmierspalthöhe erhalten bleibt Außerdem dient die Struktur zur Dämpfung von Lagerschwingungen, die bei bestimmten kritischen Drehzahlen als Resonanzschwingungen und jenseits einer Stabiliiätsgrenzdrehzahl als selbsterregte Schwingungen auftreten.

Bei einem bekannten Radiallager dieser Art ist das kreisrunde Lagergehäuse mit einem gewellten federnden Band ausgekleidet Auf diesem liegt als Lauffläche ein durchgehendes dünnes federndes Band. Dieses Federlager ist sehr weich abgestützt und besitzt nur eine relaüv geringe Dämpfung. Es ist wegen des kreisrunden Gesamtquerschnitts der Lauffläche kein Mehrgleitflächenlager, so daß von ihm schon bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen selbsterregte Schwingungen ausgehen können.

Ein anderes bekanntes Federlager verwendet eine Vielzahl von Folien, die mit einem Ende an dem zugehörigen Lagerteil befestigt sind und deren anderes Ende die benachbarte Folie überlappt Die Gesamtheit der freien Folienenden bildet die Lauffläche. Dieses Lager ist besser gedämpft, jedoch sind die Folien gegen die Lauffläche des anderen Lagerteils elastisch vorgespannt Das führt beim Anfahren des Lagers bis zur Ausbildung des aerodynamischen Schmierkeils zu hoher Reibung und starkem Verschleiß. Bei derartigen Lagern ist es auch schon bekannt unter jeder Folie zur Versteifung eine zweite Folie anzuordnen, die mit einem Ende in demselben Lagerteil verankert ist die die erste Folie an wenigstens einer Stelle berührt und auf ihren gegenüberliegenden Oberflächen mit einander abwechselnden Rippen senkrecht zur Laufrichtung versehen ist (DE-OS 27 23 170). Wenn bei diesem Lager in extremen Betriebszuständen der Lagerzapfen unter dem Einfluß einer großen Belastung oder einer hohen Drehzahl extrem ausschlägt, können die beiden Folien durch den rotierenden Zapfen gegeneinander und gegen den zugehörigen Lagerteil gepreßt werden; in dieser Situation werden die beiden Folien gegeneinander und gegen den zugehörigen Lagerteil durch die Rippen der zweiten Folie abgestützt; eine dauernde Abstützung der beiden Folien gegeneinander und gegen den zugehörigen Lagerteil findet bei diesem Lager über die Rippen der zweiten Folie nicht statt.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Gesamtlagerdämpfung zu verbessern und die Anfahrreibung zu vermindern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Folien als über den Lagerumfang geschlossen ausgeführte Hülsen bzw. Ringscheiben ausgebildet sind und miteinander sowie mit dem zugehörigen Lagerteil über die Stege fest verbunden sind, wobei die erste Folie durch entsprechende Bemessung der Stege elastisch so vorgespannt ist, daß sich der Schmierspalt über den Lagerumfang mehrfach keilförmig verengt.

Mit dieser Folienanordnung wird ein federndes Mehrglehflächenlager gebildet, das sich im Betrieb auch großen elastischen und thermischen Verformungen des anderen Lagerteiles selbsttätig durch elastische Verformungen der Folien anpaßt- Die Gesamtlagerdämpfung s wird durch die federnde und dämpfende Abstützung der Lagerschale und die gasgefüllten Spalte hinter den Folien erhöht. Damit wird die Lagerstabilität verbessert und die Stabilitätsgrenze zu höheren Drehzahlen hin verschoben. Da die Folien nicht gegen die Lauffläche des anderen Lagerteils elastisch vorgespannt sind, sind die Lagerreibung im Anfahrbereich und der Verschleiß erheblich vermindert. Dadurch werden an die Verschleißfestigkeit und Gleiteigenschaften des FoHenmaterials geringere Anforderungen gestellt Das läßt einen größeren Spielraum bei der Auswahl der Lagerwerkstoffe zu. Außerdem ist dieses Lager für Drehbewegungen in beide Drehrichtungen geeignet

Dadurch, daß bei einem Radiallager die innere Hülse einen von der Kreisform abweichenden Gesamtererschnitt besitzt ergeben sich auf dem Lagerumfang mehrere keilförmige Verengungen des Schmierspaltes zwischen dieser Hülse und dem kreisrunden Lagerzapfen. Zum Beispiel kann der Gesamtquerschnitt aus mehreren Kreisbogen-Abschnitten bestehen, deren Krümmungsradius größer ist als der größte Halbmesser der Hülse.

Man kann hierbei Hülsen mit kreisförmigem Querschnitt verwenden, die in der Gehäusebohrung zu einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt elastisch verspannt sind. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, z. B. durch eine entsprechende Anordnung und/oder Bemessung der Stege oder durch die Teilung des Lagergehäuses und einen Spalt in der Teilfuge. In diesem Fall kann die Einspannung der gesamten aus Federn und Stegen bestehenden elastischen und dämpfenden Struktur im Lagergehäuse gleichzeitig zu ihrer Befestigung dienen.

Die elastische und dämpfende Struktur kann in der Gehäusebohrung auch formschlüssig befestigt sein.

Für ein konisches Lager gilt dasselbe wie für ein Radiallager mit der bekannten Abwandlung, daß die Lagerflächen nicht zylindrisch, sondern konisch verlaufen.

Bei einem Axiallager wir die erste Folie über die Stege in leichten Wellen geführt so daß zwischen dieser Folie und der ebenen Lauffläche des anderen Lagerteiles über den Lagerumfang mehrere keilförmige Verengungen des Schmierspaltes entstehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der

Zeichnungen für Ausfuhrungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Folienlageranordnung dieser Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein RadiaQager.

In Fig. 1 wird das Lagerteil 1 in Pfeilrichtung gegen das Lagerteil 2 bewegt Mit dem Lagerteil 2 ist die aus zwei übereinanderliegenden Folien 3 und 4 bestehende elastische und dämpfende Struktur über Stege 5 und 6 fest verbunden. Die untere zweite Folie 4 dient als federnde und dämpfende Laufflächenabstützung. Sie ist über zweite Stege 6 mit dem Lagerteil 2 verbunden. Die obere erste Folie 3 bildet die eigentliche Lauffläche. Sie ist über erste Stege 5 mit der zweiten Stützfolie 4 verbunden, wobei die ersten Stegs 5 zwischen den zweiten Stegen 6 angeordnet sind. Die erste Folie 3 ist so elastisch vorgespannt daß der Schmierspalt 7 zwischen dieser Folie und dem anderen Lagerteil 1 sich über den Lagerumfang mehrfach bei 8 keilförmig verengt Das geschieht hier durch die Bemessung der Stege 5. In dieser Form kann z. B. die elastische und dämpfende Struktur für ein Axiallager ausgebildet werden, bei dem sich zwei ebene Laufflächen gegenüber stehen. Die Stege 5 und 6 verlaufen senkrecht zur Laufrichtung, also bei einem Axiallager radial.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Radiallager mit einer elastischen und dämpfenden Struktur nach dieser Erfindung. Im Lagergehäuse 9 befinden sich zwei ineinandergesetzte dünnwandige elastische Hülsen 10 und 11. Die innere erste Hülse 10 dient als eigentliche Lagerschale. Sie ist über erste Stege 12 auf der äußeren zweiten Hülse 11 abgestützt die ihrerseits über zweite Stege 13 auf der Innenwand der Gehäusebohrung 14 abgestützt ist Die ersten Stege 12 sind zwischen den zweiten Stegen 13 angeordnet Alle Stegs verlaufen senkrecht zur Laufrichtung, also bei dem Radiallager axial. Auf diese Weise ist die äußere zweite Hülse 11 eine federnde und dämpfende Abstützung der inneren ersten Hülse 10. Der ursprünglich kreisförmige Querschnitt ist durch die Einspannung der elastischen und dämpfenden Struktur in die Gehäusebohrung 14 so verformt worden, daß im Schmierspalt 17 zwischen der ersten Hülse 10 und dem kreisrunden Lagerzapfen 16 auf dem Lagerumfang vier keilförmige Verengungen entstehen. Zur Verspannung der elastischen und dämpfenden Struktur hat die Gehäusebohrung 14 einen zitronenförmigen Gesaratquerschnitt Dieser wurde in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß die Bohrung mit einer Beilage in der Teilfuge IS gedreht und die Beilage anschließend entfernt wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aerodynamisches federndes Mehrgtehflächenlager mit zwei relativ zueinander gleitenden Lagerteilen und einer elastischen und dämpfenden s Struktur, die mit einein Lageneil verbunden ist und aus zwei übereinanderliegenden dünnwandigen federnden Folien bestehi, von denen die erste die Lauffläche bildet und über erste Stege auf der zweiten FoGe abgestützt ist, die ihrerseits über zweite Stege auf dem zugehörigen Lagerteil abgestützt ist, wobei die ersten und zweiten Stege in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt und alle Stege senkrecht zur Laufrichtung und auf beiden Seiten der zweiten Folie fest angeordnet sind. dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (3,«; 10,11) als über den Lagerumfang geschlossen ausgeführte Hülsen bzw. Ringscheiben ausgebildet lind und miteinander sowie mit dem zugehörigen Lagerteil (2, 9) über die Stege (5, 6; 12, 13) fest verbunden sind, wobei die erste Folie (3,10) durch entsprechende Bemessung der Stege elastisch so vorgespannt ist, daß sich der Schmierspalt (7; 17) über den Lagerumfang mehrfach keilförmig verengt

2. Mehrgleitflächenradiallager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die aus Hülsen und Stegen bestehende elastische und dampfende Struktur durch Verspannen in der Gehäusebohrung befestigt ist

3. Mehrgleitflächenradiallager nach Anspruch t dadurch gekennzeichnet, daß die elastische und dämpfende Struktur formschlüssig in der Gehäusebohrung befestigt ist