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Dokumentenidentifikation DE69832758T2 13.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000884490
Titel Lager mit Flüssigkeitsfilmdämpfung
Anmelder Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Une, Soichiro, Odawara-shi, Kanagawa-ken, JP;
Saito, Osamu, Matsudo-shi, Chiba-ken, JP;
Saito, Shinobu, Chiba-shi, Chiba-ken, JP;
Kobayashi, Masao, Shiki-shi, Saitama-ken, JP
Vertreter LOUIS, PÖHLAU, LOHRENTZ, 90409 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 69832758
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 09.06.1998
EP-Aktenzeichen 983045634
EP-Offenlegungsdatum 16.12.1998
EP date of grant 14.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2006
IPC-Hauptklasse F16C 27/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung für die Unterstützung einer Drehwelle, insbesondere einer Welle, die sich mit hoher Drehzahl dreht wie etwa die Welle eines Zentrifugal-Kompressors.

Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung sind Lager, bei denen ein Fluidfilm zwischen einer feststehenden Oberfläche und dem Lager für die Unterstützung einer Drehwelle ausgebildet ist, wodurch das Lager durch einen Fluidfilmdruck unterstützt wird. Das Lager ist insbesondere durch seine Fähigkeit gekennzeichnet, eine beliebige Schwingung der Welle, die mit hoher Drehzahl gedreht wird, zu dämpfen, und es ist als ein Lager für einen Turbokompressor, einen Turbolader oder ähnliches sehr nützlich.

Ein typisches Beispiel eines Lagers mit Squeeze-Film-Dämpfung ist in JP-A-58-109718 offenbart, bei dem ein Ölfilm ausgebildet wird, indem Öl einem Spalt zwischen einer feststehenden Unterstützungsoberfläche und einem äußeren Ringpresser eines Rollenlagers zugeführt wird. Der Presser wird durch eine Anzahl Bolzen unterstützt, die sich parallel zu der Welle erstrecken und die Welle von der feststehenden Seite einschließen, wobei die Bolzen auch als Federmittel wirken. Das Lager ist folglich durch die Federmittel und durch den Ölfilm unterstützt, der parallel zu den Federmitteln vorgesehen ist, um dadurch ein Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung zu schaffen.

Es ist jedoch schwierig, das zuvor beschriebene Lager mit hoher Genauigkeit zusammenzusetzen und es ist dadurch sehr kostenaufwändig. Es erfordert außerdem sehr viel Platz in der axialen Richtung und es ist folglich in kleinen Drehmaschinen, bei denen der Platz begrenzt ist, praktisch nicht verwendbar. Die japanische Patentanmeldung Nr. 7-60683 (JP-A-8-261231), deren Inhaber der Anmelder ist, ist darauf ausgerichtet, dieses Problem zu lösen.

Das in JP-A-8-261231 offenbarte Lager umfasst eine Lagerbuchse für die Unterstützung einer Drehwelle, ein Lagergehäuse, das die Lagerbuchse umgibt, und hochsteife Konzentritäts-Federmittel in der Form von gebogenen Elementen zwischen der Lagerbuchse und dem Lagergehäuse.

Die Lagerbuchse ist abgestuft, damit sie an ihren gegenüberliegenden Enden einen verringerten Durchmesser hat. In der inneren Oberfläche des Lagergehäuses ist eine kreisförmige Nut ausgebildet, die den abgestuften Abschnitten des Lagergehäuses gegenüber liegt. Die Federmittel sind zwischen der Nut und den abgestuften Abschnitten angeordnet und umfassen gebogene Elemente, d. h. in Umfangsrichtung in gleiche Winkel aufgeteilte Abschnitte eines Zylinders. Die gebogenen Elemente haben äußere Vorsprünge, die parallel zu der Achse der Elemente sind und die in gleichen Winkeln voneinander beabstandet sind, damit sie sich an peripher gegenüberliegenden Enden und bei einem mittigen Abschnitt befinden. Die gebogenen Elemente haben außerdem innere Vorsprünge, die parallel zu der Achse sind und sich in der Mitte zwischen den benachbarten äußeren Vorsprüngen befinden. Die inneren und äußeren Vorsprünge sind jeweils mit den abgestuften Abschnitten der Lagerbuchse und den Unterstützungsoberflächen in Kontakt, die durch die Grundflächen der Nute in dem Lagergehäuse gebildet werden, so dass die Lagerbuchse über die Konzentritäts-Federmittel von dem Lagergehäuse unterstützt wird, um zwischen der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse und der inneren Oberfläche des Lagergehäuses einen Spalt zu schaffen. Ein Öldurchlass steht mit dem Spalt in Verbindung, um so einen Ölfilmdruck nach Bedarf zu erzeugen.

Die Vorteile des zuvor beschriebenen Lagers sind folgende:

Die Lagerbuchse wird von den Unterstützungsoberflächen des Lagergehäuses durch die Vorsprünge an den Konzentritäts-Federmitteln unterstützt. Im Ergebnis wird ein Spalt einer vorgegebenen Größe zwischen der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse und der inneren Oberfläche des Lagergehäuses ausgebildet. Öl wird dem Spalt zugeführt, um einen Ölfilmdruck nach Bedarf zu erzeugen. Die hohe Steifigkeit der Federmittel stellt das Vorhandensein des Ölfilms sicher, da sie verhindert, dass die Oberfläche der Lagerbuchse mit der inneren Oberfläche des Lagergehäuses direkt in Kontakt ist, auch wenn eine hohe Schwingungs- oder Flatterkraft auf die Welle ausgeübt wird.

Die Federmittel umfassen peripher geteilte gebogene Elemente, die durch den von dem Lagergehäuse ausgeübten Druck leicht verformt werden können, um sich der Form des Spalts zwischen der äußeren Umfangsfläche des abgestuften Abschnitts der Lagerbuchse und der Unterstützungsoberfläche des Lagergehäuses, das sich um die Lagerbuchse erstreckt, anzupassen. Im Ergebnis kann ein enger Kontakt der Lagerbuchse und des Lagergehäuses mit den inneren und äußeren Vorsprüngen der Federmittel aufrechterhalten werden, auch wenn die Herstellungsgenauigkeit relativ gering ist, und das Lager kann sehr genau unterstützt werden. Ferner kann eine Unterstützung der Lagerbuchse über die Federmittel unabhängig von einer Unterstützung der Lagerbuchse durch den Ölfilm und parallel dazu erzielt werden, so dass die Abschwächungs- oder Dämpfungswirkung des Ölfilms durch eine Rechnung abgeschätzt werden kann.

Bei dem zuvor beschriebenen Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung umfassen die herkömmlich verwendeten Federmittel zwei halbkreisförmige Elemente, d. h. ein oberes und ein unteres Federelement, die in Kombination verwendet werden. Jedes der Federelemente besitzt äußere Vorsprünge parallel zu der Achse, die bei dem Scheitel und bei peripher gegenüberliegenden Enden vorgesehen sind. Jedes Federelement besitzt außerdem innere Vorsprünge parallel zu der Achse, die bei 45° bezüglich der Horizontalen vorgesehen sind. Derartige Federelemente werden hergestellt, indem Abschnitte eines zylindrischen Körpers abgedeckt werden, die den inneren und äußeren Vorsprüngen nach Bedarf entsprechen, und indem die anderen Abschnitte durch Ätzen entfernt werden. Die geätzten Abschnitte sind folglich in einer konkaven Form ausgebildet, während die abgedeckten Abschnitte als Vorsprünge ausgebildet sind. Der zylindrische Körper wird hierauf längs einer Ebene abgeschnitten, die durch die Mittelpunkte von diametral gegenüberliegenden äußeren Vorsprüngen verläuft und die Achse zum Bereitstellen der Federelemente enthält. Die Höhe jedes der Vorsprünge liegt in der Größenordnung von einigen hundert &mgr;m.

Wie zuvor beschrieben wurde, werden die Konzentritäts-Federmittel, die in dem Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung verwendet werden, durch maschinelle Bearbeitung und Ätzen aus einem dicken zylindrischen Körper hergestellt, was hohe Werkstoffkosten und Herstellungskosten zur Folge hat. Darüber hinaus können es Größenbeschränkungen schwierig machen, die Federkonstante über einen großen Bereich gemäß den Betriebsbedingungen zu verändern.

Folglich ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung mit Konzentritäts-Federmitteln zu schaffen, das mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann und bei dem die Federkonstante über einen großen Bereich verändert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung geschaffen, das eine Lagerbuchse für die Unterstützung einer Drehwelle, ein Lagergehäuse, das sich um die Lagerbuchse erstreckt, und Konzentritäts-Federmittel zwischen der Lagerbuchse und dem Lagergehäuse umfasst, wobei die innere Oberfläche des Lagergehäuses mit einer Umfangsmittelnut versehen ist, die die Federmittel wenigstens teilweise aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel ein lang gestrecktes Stahlblech mit mehreren Aussparungen, die in einer Oberfläche des Stahlblechs ausgebildet sind, um mehrere in Längsrichtung ausgerichtete Vorsprünge auf der anderen Oberfläche des Stahlblechs zu schaffen, umfassen, wobei das Stahlblech in eine zylindrische Form gebogen ist, derart, dass sich die Aussparungen und die Vorsprünge auf der inneren Oberfläche bzw. auf der äußeren Oberfläche des gebogenen Stahlblechs befinden, dass jeder der Vorsprünge eine gekrümmte Oberfläche mit einer Erzeugungslinie, die sich im Wesentlichen parallel zu der Drehwelle erstreckt, besitzt, dass die innere Umfangsfläche der in der Nut aufgenommenen Federmittel mit der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse in Kontakt ist und dass die Spitzen der Vorsprünge am äußeren Umfang der Federmittel mit der Bodenfläche der Nut in Kontakt sind.

Die Wirkungen und Vorteile der Erfindung sind folgende:

Die innere Umfangsfläche der in der Nut in dem Lagergehäuse aufgenommenen Federmittel ist mit der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse in Kontakt. Die Spitzen der Vorsprünge am äußeren Umfang der Federmittel sind mit der Bodenfläche der Nut in dem Lagergehäuse in Kontakt. Folglich wird die Lagerbuchse von dem Lagergehäuse über die Konzentritäts-Federmittel mit einem Spalt mit vorgegebener Größe, der zwischen der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse und der inneren Oberfläche des Lagergehäuses definiert ist, elastisch unterstützt. Öl wird diesem Spalt zugeführt, um einen Ölfilmdruck nach Bedarf zu erzeugen, so dass jegliche Schwingung oder jegliches Flattern der Drehwelle gedämpft wird.

Die Konzentritäts-Federmittel können durch Pressbearbeitung einer Oberfläche eines lang gestreckten dünnen Stahlbleches zum Schaffen mehrerer in Längsrichtung ausgerichteter Vorsprünge an der anderen Oberfläche des Stahlblechs und durch Biegen der Stahlplatte zu einem Zylinder hergestellt werden. Dies hat eine Verringerung im Werkstoffverbrauch und in den Herstellungskosten zur Folge. Die Federkonstante kann verändert werden, indem die Dicke und/oder Breite des Stahlbleches, die Tiefe der Aussparungen (Höhe der Vorsprünge) und/oder die Anzahl der Aussparungen verändert wird. Die Federkonstante kann folglich leicht über einen großen Bereich verändert werden.

Eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben anhand der beigefügten Zeichnung, in der:

1 eine Frontschnittansicht eines Lagers mit Squeeze-Film-Dämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, bei der die linke und die rechte Hälfte jeweils Ansichten in den Richtungen der Pfeile A-A und B-B in 2 sind;

2 eine Schnittansicht in der Richtung der Pfeile C-C in 1 ist;

3A eine Seitenansicht der Konzentritäts-Federmittel während der Herstellung ist; und

3B eine Ansicht in der Richtung der Pfeile IIIB-IIIB in 3A ist.

Das Bezugszeichen 1 repräsentiert eine Drehwelle, die um eine Achse 1a bei 60.000 bis 80.000 min–1 gedreht wird und die einen Durchmesser von etwa 20 bis 30 mm besitzt; 2 repräsentiert eine Lagerbuchse oder eine Metallbuchse, die die Welle 1 über einen Ölfilm 5 unterstützt und die einen Durchmesser von etwa 60 bis 80 mm hat und in zwei Teile aufgeteilt ist; und 3 repräsentiert ein kreisförmiges Lagergehäuse, das die äußere Umfangsfläche und gegenüberliegende Seitenflächen der Buchse 2 bedeckt oder verschließt. Das Lagergehäuse 3 ist an seiner inneren Umfangsfläche mit einer Umfangsmittelnut 3a versehen, in der eine Konzentritäts-Feder 4 aufgenommen ist. Das Lagergehäuse 3 umfasst eine obere und eine untere Gehäusehälfte 3b und 3c, die durch Bolzen und Muttern (nicht gezeigt), die durch Löcher 3d verlaufen, aneinander befestigt werden.

Die Konzentritäts-Feder 4 ist aus einem lang gestreckten Stahlblech 4a mit einer Dicke von 0,3 bis 0,7 mm hergestellt. Aussparungen 4b von etwa 1 bis 3 mm Tiefe sind durch Pressbearbeitung einer Oberfläche des Blechs 4a ausgebildet, um eine Anzahl von in Längsrichtung ausgerichteten Vorsprüngen 4c an der anderen Oberfläche des Blechs 4a zu schaffen. Das Blech 4a wird hierauf in eine zylindrische oder kreisförmige Form gebogen, so dass es um die äußere Umfangsfläche des Lagermetalls 2 verläuft, wobei die Vorsprünge 4c nach außen gerichtet sind.

Bei dieser Ausführungsform sind die Vorsprünge 4c halbzylindrisch, aber dies ist nicht wesentlich. Es ist ausreichend, wenn jeder der Vorsprünge 4c eine gekrümmte Oberfläche 4d mit einer Erzeugungslinie hat, die sich parallel zu der Achse der Drehwelle 1 erstreckt. Die Vorsprünge können ein flacheres Segment sein oder sie können eine sinusförmige Form haben. Die zwei gegenüberliegenden Enden der Vorsprünge 4c werden durch im Wesentlichen halbzylindrische ebene Bleche 4e geschlossen.

Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Ölanschluss; 8 bezeichnet einen engen Durchlass, der den Anschluss 7 mit der Nut 3a verbindet; 6 bezeichnet einen Ölfilm mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 0,2 mm, um die Squeeze-Film-Dämpfung zu schaffen; 9 bezeichnet enge Durchlässe, die den Ölfilm 6 mit dem Ölfilm 5 verbinden; und 10 bezeichnet Öldichtungen.

Die Vorteile der Ausführungsform sind folgende:

Die innere Umfangsfläche der in der Nut 3a in dem Lagergehäuse 3 aufgenommen Federmittel 4 ist mit der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 2 in Kontakt. Die Spitzen der Vorsprünge 4c an dem äußeren Umfang der Federmittel 4 sind mit der Bodenfläche der Nut 3a in dem Lagergehäuse 3 in Kontakt. Folglich wird die Lagerbuchse 2 von dem Lagergehäuse 3 über die Konzentritäts-Federmittel 4 mit einem Spalt von etwa 0,1 bis 0,2 mm, der zwischen der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 2 und der inneren Oberfläche des Lagergehäuses 3 ausgebildet ist, elastisch unterstützt. Öl wird diesem Spalt durch den Anschluss 7 zugeführt, um den Ölfilm 6 zu erzeugen, so dass jegliche Schwingung oder jegliches Flattern der Drehwelle gedämpft wird. Die Konzentritäts-Federmittel 4 werden durch Pressbearbeitung der Oberfläche des lang gestreckten dünnen Stahlblechs 4a hergestellt, was eine Verringerung im Werkstoffverbrauch und bei den Herstellungskosten zur Folge hat. Die Federkonstante kann über einen großen Bereich verändert werden, indem die Dicke und/oder Breite des Stahlblechs 4a und/oder die Tiefe und/oder die Anzahl der Aussparungen 4b verändert wird.

Obwohl die zuvor erwähnte Ausführungsform ein einziges Konzentritäts-Federmittel besitzt, das bei der seitlichen Mitte der Lagerbuchse positioniert ist, können zwei Federmittel an entsprechenden seitlichen Seitenkanten der Lagerbuchse vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform wird die einzige Nut 3a in dem Lagergehäuse 3 ausgebildet, aber kooperierende Nute 3a können jeweils in dem Lagergehäuse 3 und in dem Lagermetall 2 ausgebildet sein.


Anspruch[de]
  1. Lager mit Squeeze-Film-Dämpfung, das eine Lagerbuchse (2) für die Unterstützung einer Drehwelle (1), ein Lagergehäuse (3), das sich um die Lagerbuchse (2) erstreckt, und Konzentritäts-Federmittel (4) zwischen der Lagerbuchse (2) und dem Lagergehäuse (3) umfasst, wobei die innere Oberfläche des Lagergehäuses (3) mit einer Umfangsmittelnut (3a) versehen ist, die die Federmittel (4) wenigstens teilweise aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (4) ein lang gestrecktes Stahlblech (4a) mit mehreren Aussparungen (4b), die in einer Oberfläche des Stahlblechs (4a) ausgebildet sind, um mehrere in Längsrichtung ausgerichtete Vorsprünge (4c) auf der anderen Oberfläche des Stahlblechs zu schaffen, umfassen, wobei das Stahlblech (4a) in eine zylindrische Form gebogen ist, derart, dass sich die Aussparungen (4b) und die Vorsprünge (4c) auf der inneren Oberfläche bzw. auf der äußeren Oberfläche des gebogenen Stahlblechs befinden, dass jeder der Vorsprünge (4c) eine gekrümmte Oberfläche (4d) mit einer Erzeugungslinie, die sich im Wesentlichen parallel zu der Drehwelle (1) erstreckt, besitzt, dass die innere Umfangsfläche der in der Nut (3a) aufgenommenen Federmittel mit der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse in Kontakt ist und dass die Spitzen der Vorsprünge (4c) am äußeren Umfang der Federmittel (4) mit der Bodenfläche der Nut (3a) in Kontakt sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
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B Arbeitsverfahren; Transportieren
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