[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2019214883A1 - Bearing device with a structured shaft - Google Patents

Bearing device with a structured shaft Download PDF

Info

Publication number
WO2019214883A1
WO2019214883A1 PCT/EP2019/058619 EP2019058619W WO2019214883A1 WO 2019214883 A1 WO2019214883 A1 WO 2019214883A1 EP 2019058619 W EP2019058619 W EP 2019058619W WO 2019214883 A1 WO2019214883 A1 WO 2019214883A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
shaft
storage area
region
bearing device
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/058619
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Lang
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2019214883A1 publication Critical patent/WO2019214883A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02Shafts; Axles
    • F16C3/03Shafts; Axles telescopic
    • F16C3/035Shafts; Axles telescopic with built-in bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/243Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to temperature and heat, e.g. for preventing overheating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02Sliding-contact bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72Sealings
    • F16C33/74Sealings of sliding-contact bearings
    • F16C33/741Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
    • F16C33/748Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid flowing to or from the sealing gap, e.g. vacuum seals with differential exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00Cooling of bearings
    • F16C37/002Cooling of bearings of fluid bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/024Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with flexible leaves to create hydrodynamic wedge, e.g. radial foil bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/03Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps

Definitions

  • the invention relates to a bearing device with a structured shaft and a turbomachine, in particular a flow compressor with a
  • Fast-rotating rotors are stored, inter alia, with gas bearings (usually working medium air, ie air bearings).
  • gas bearings usually working medium air, ie air bearings.
  • gas bearings usually working medium air, ie air bearings.
  • bearings which are pressurized there are classic so-called “externally pressurized bearings”, i. Bearings which are pressurized), “herringbone grooved bearings”, i. Radial bearing with very fine grooves in the lO-lOOpm range in the form of an arrow on the shaft or “spiral grooved bearings", i. Thrust bearing with spiral grooves.
  • titaniumted pad bearings i.
  • the subject of the present invention is a bearing device with a housing; at least one disposed in the housing foil bearing and / or Kippsegmentlager for supporting a rotating shaft; and the shaft, which in a storage area of the at least one foil bearing and / or
  • Kippsegmentlagers is mounted, wherein the shaft has a defined structuring in the storage area for the defined or targeted management of a working fluid through the bearing area upon rotation of the shaft.
  • the present invention furthermore relates to a turbomachine, in particular a flow compressor with a bearing device described above.
  • the foil bearing and / or the tilting pad bearing can be designed as a radial bearing or thrust bearing.
  • the working medium is preferably air.
  • the tilting pad bearing can be an air-lubricated tilting pad bearing.
  • a “defined line” is to be understood as meaning a defined fluid flow.
  • the defined line or current is determined upon rotation of the shaft, i. in the operation of the device, for example.
  • the defined structuring is preferably designed such that upon rotation of the shaft, i. in operation, the working fluid is passed from a first area to a second area defined.
  • each surface in the broadest sense has a kind of "structuring".
  • the structured region means a region which has a defined structure which differs from the surrounding region in order to generate a defined conduction of a working fluid through the bearing region upon rotation of the shaft.
  • the defined line of the working fluid can in this case by a part of the storage area or through the entire Storage area done.
  • the defined structuring preferably has defined grooves or grooves.
  • the grooves or grooves preferably extend at least partially or completely relative to a rotation axis of the shaft in an angular range of greater than 0 ° to less than 90 ° and / or less than -0 ° to greater than -90 ° and / or arrow-shaped and / or V -shaped and / or helical.
  • first region and the second region are arranged relative to the foil bearing and / or tilting-segment bearing opposite outside of the bearing region.
  • the axial direction corresponds to the axis of rotation or longitudinal axis of the shaft.
  • the first region and / or the second region may be adjacent to the foil bearing and / or
  • Tilting pad storage be arranged. That is, in other words, that
  • Foil bearing and / or tilting pad bearing is flowed through axially by the working fluid. This allows an efficient cooling flow in the axial direction, i. through the storage area or bearing gap from one side to the other side of the
  • Foil bearing and / or Kippsegmentlagers are generated.
  • the film bearing and / or tilting pad bearing in the storage area has at least one vent opening for discharging the working fluid from the storage area.
  • the first region can have two first partial regions which are arranged opposite one another relative to the film bearing and / or tilting pad bearing. In this way, an efficient cooling flow can be generated from a cooler region outside the foil bearing and / or tilting pad bearing into or through the bearing region or bearing gap, which is derived from the bearing region or bearing gap by means of the ventilation opening.
  • the housing is designed in such a way and the foil bearing and / or tilting pad bearing is arranged in the housing in such a way that in the axial direction a defined pressure gradient at the foil bearing and / or tilting pad bearing and / or a defined dynamic pressure outside the foil bearing and / or or tilting pad bearing.
  • the foil bearing and / or tilting pad bearing is preferably designed as a radial bearing and the grooves of the structuring preferably extend helically.
  • the defined structuring is designed such that a bearing property, in particular the damping and / or the rigidity of the foil bearing and / or tilting pad bearing in dependence on a
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a bearing device according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic cross section of a bearing device according to another embodiment of the invention.
  • a bearing device according to the invention is provided in its entirety by the reference numeral 10.
  • the bearing device 10 has housing 12, two foil bearings 14 and a shaft 16.
  • the film bearing 14 is accommodated in a bearing receptacle 18 of the housing 12.
  • the shaft 16 is rotatably mounted about a rotation axis 22 by means of the foil bearings 14 in bearing areas 20 of the foil bearings 14.
  • the shaft 16 has a defined structuring 24 in the storage areas 20. The defined
  • Structuring 24 has defined grooves 26, which extend in an arrow shape and have an angle of + -45 ° to the axis of rotation 22 of the shaft 16.
  • the defined structuring 24 is designed in such a way that, with a corresponding rotation of the shaft 16, a working fluid, which in this case is air, is guided from a first region 28 to a second region 30.
  • a working fluid which in this case is air
  • the first area 28 outside the storage area 20 and the second area 30 inside, in particular substantially centrally within the storage area 20 are arranged.
  • the foil bearings 14 each have a bearing area 20
  • Vent 34 on. Accordingly, by means of the defined structuring 24 on the shaft 16, a defined line of a working fluid or air (and thus a cooling flow) in the direction of arrow 36 with corresponding rotation of the shaft 16, i. generated during operation.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the bearing device 10, wherein the grooves 26 of the shaft 16 are substantially parallel and at an angle of + 45 ° to the axis of rotation 22 of the shaft 16.
  • the working fluid or the air is guided with a corresponding rotation of the shaft 16 in the direction of arrow 36 from the first region 28 to the relative to the film bearing 14 opposite arranged second region 30 defined.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Abstract

The present invention relates to a bearing device (10) with a housing (12); at least one foil bearing (14) and/or tilting-pad bearing arranged in the housing in order to bear a rotating shaft (16); and the shaft, which is mounted in a bearing region (20) of the at least one foil bearing and/or tilting-pad bearing, wherein the shaft in the bearing region has a defined structuring (24) for defined passage of a working fluid through the bearing region during rotation of the shaft.

Description

Beschreibung  description
Lagereinrichtung mit einer strukturierten Welle Bearing device with a structured shaft
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung mit einer strukturierten Welle sowie eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Strömungsverdichter mit einer The invention relates to a bearing device with a structured shaft and a turbomachine, in particular a flow compressor with a
Schnell drehende Rotoren (z.B. in Turbomaschinen, wie Turboverdichtern oder Turbinen) werden unter anderem mit Gaslagern (meist Arbeitsmedium Luft, also Luftlager) gelagert. Es existieren hierfür klassisch sog.„externally pressurized bearings“, d.h. Lager die mit Druck beaufschlagt werden),„herringbone grooved bearings“, d.h. Radiallager mit sehr feinen Nuten im lO-lOOpm Bereich in Pfeilform auf der Welle oder„spiral grooved bearings“, d.h. Axiallager mit Spiralrillen. Des Weiteren gibt es noch„tilted pad bearings“, d.h. Fast-rotating rotors (for example in turbomachines, such as turbocompressors or turbines) are stored, inter alia, with gas bearings (usually working medium air, ie air bearings). There are classic so-called "externally pressurized bearings", i. Bearings which are pressurized), "herringbone grooved bearings", i. Radial bearing with very fine grooves in the lO-lOOpm range in the form of an arrow on the shaft or "spiral grooved bearings", i. Thrust bearing with spiral grooves. Furthermore, there are still "tilted pad bearings", i.
Kippsegmentlager und die am meisten verbreiteten„foil bearings“, d.h. Tilting pad bearings and the most common "foil bearings", i.
Folienlager. Film bearings.
Bei extremen Umfangsgeschwindigkeit entsteht sowohl auf der rotierenden als auch auf der stehenden Seite auf vergleichsweise kleiner Fläche eine extreme Verlustleistung durch Reibung. Hierbei stellt hauptsächlich die At extreme peripheral speed, an extremely low power loss due to friction occurs on both the rotating and the stationary side over a comparatively small area. Here is mainly the
Wärmeentwicklung ein Problem dar, da die Schmierfilme sehr klein sind (pm- Bereich) und die thermischen Verformungen eine vergleichbare Größenordnung aufweisen. Heat development is a problem because the lubricating films are very small (pm range) and the thermal deformations have a comparable magnitude.
Die DE 10 2014 201 563 Al offenbart ein aerodynamisches Luftlager mit einer Deckfolie zur Lagerung einer Welle, wobei die Deckfolie eine partielle DE 10 2014 201 563 A1 discloses an aerodynamic air bearing with a cover film for supporting a shaft, wherein the cover film has a partial
Beschichtung mit einer Strukturierung aufweist. Offenbarung der Erfindung Having coating with a structuring. Disclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Lagereinrichtung mit einem Gehäuse; zumindest einem in dem Gehäuse angeordneten Folienlager und/oder Kippsegmentlager zur Lagerung einer drehenden Welle; und der Welle, welche in einem Lagerbereich des zumindest einen Folienlagers und/oder The subject of the present invention is a bearing device with a housing; at least one disposed in the housing foil bearing and / or Kippsegmentlager for supporting a rotating shaft; and the shaft, which in a storage area of the at least one foil bearing and / or
Kippsegmentlagers gelagert ist, wobei die Welle im Lagerbereich eine definierte Strukturierung zur definierten bzw. gezielten Leitung eines Arbeitsfluids durch den Lagerbereich bei Drehung der Welle aufweist. Kippsegmentlagers is mounted, wherein the shaft has a defined structuring in the storage area for the defined or targeted management of a working fluid through the bearing area upon rotation of the shaft.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Strömungsverdichter mit einer vorangehend beschriebenen Lagereinrichtung. The present invention furthermore relates to a turbomachine, in particular a flow compressor with a bearing device described above.
Das Folienlager und/oder das Kippsegmentlager kann als Radiallager oder Axiallager ausgebildet sein. The foil bearing and / or the tilting pad bearing can be designed as a radial bearing or thrust bearing.
Das Arbeitsmedium ist bevorzugt Luft. Hierbei kann das Kippsegmentlager ein luftgeschmiertes Kippsegmentlager sein. The working medium is preferably air. In this case, the tilting pad bearing can be an air-lubricated tilting pad bearing.
Unter einer„definierten Leitung“ soll im Rahmen dieser Erfindung ein definierter Fluidstrom verstanden werden. Die definierte Leitung bzw. der definierte Strom wird bei Drehung der Welle, d.h. im Betrieb der Einrichtung, bspw. der In the context of this invention, a "defined line" is to be understood as meaning a defined fluid flow. The defined line or current is determined upon rotation of the shaft, i. in the operation of the device, for example. The
Strömungsmaschine erzeugt. Turbomachine generated.
Hierbei ist die definierte Strukturierung bevorzugt derart ausgebildet, dass bei Drehung der Welle, d.h. im Betrieb das Arbeitsfluid von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich definiert geleitet wird. Here, the defined structuring is preferably designed such that upon rotation of the shaft, i. in operation, the working fluid is passed from a first area to a second area defined.
Es sei hierbei angemerkt, dass selbstverständlich jede Oberfläche im weitesten Sinne eine Art„Strukturierung“ aufweist. Im Sinne dieser Anmeldung ist mit dem strukturierten Bereich jedoch ein Bereich gemeint, welcher eine deutliche sich von dem umgebenden Bereich unterscheidende definierte Strukturierung aufweist, um eine definierten Leitung eines Arbeitsfluids durch den Lagerbereich bei Drehung der Welle zu erzeugen. Die definierte Leitung des Arbeitsfluids kann hierbei durch einen Teil des Lagerbereiches oder auch durch den gesamten Lagerbereich erfolgen. Die definierte Strukturierung weist bevorzugt definierte Nuten bzw. Rillen auf. Hierbei verlaufen die Nuten bzw. Rillen bevorzugt zumindest teilweise oder auch vollständig relativ zu einer Drehachse der Welle in einem Winkelbereich von größer 0° bis kleiner 90° und/oder kleiner -0° bis größer -90° und/oder pfeilförmig und/oder V-förmig und/oder helixförmig. It should be noted here that, of course, each surface in the broadest sense has a kind of "structuring". For the purposes of this application, however, the structured region means a region which has a defined structure which differs from the surrounding region in order to generate a defined conduction of a working fluid through the bearing region upon rotation of the shaft. The defined line of the working fluid can in this case by a part of the storage area or through the entire Storage area done. The defined structuring preferably has defined grooves or grooves. Here, the grooves or grooves preferably extend at least partially or completely relative to a rotation axis of the shaft in an angular range of greater than 0 ° to less than 90 ° and / or less than -0 ° to greater than -90 ° and / or arrow-shaped and / or V -shaped and / or helical.
Mit der erfindungsgemäßen Lagereinrichtung ist es nunmehr möglich, sehr einfach und kostengünstig ein Rotor- Lagersystem mit einem Folienlager und/oder Kippsegmentlager im Schmierspalt gezielt zu kühlen. Durch eine entsprechende Strukturierung auf der Welle im Lagerbereich des Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers kann ein definierter Massestrom bzw. Kühlstrom durch den Lagerspalt erzeugt werden, der die Reibungswärme des Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers direkt aus dem Lagerspalt abführt. Hierdurch können wiederum kleinere Lager realisiert werden, was zu kleineren With the storage device according to the invention, it is now possible to cool very easily and inexpensively a rotor bearing system with a foil bearing and / or Kippsegmentlager targeted in the lubrication gap. By means of a corresponding structuring on the shaft in the bearing area of the foil bearing and / or tilting pad bearing, a defined mass flow or cooling flow through the bearing gap can be generated, which dissipates the frictional heat of the foil bearing and / or tilting pad bearing directly from the bearing gap. As a result, in turn, smaller bearings can be realized, resulting in smaller
Verlustleistungen führt oder auch kompaktere Bauweisen ermöglicht. Power loss or allows more compact designs.
Es ist vorteilhaft, wenn in axialer Richtung der erste Bereich und der zweite Bereich relativ zu dem Folienlager und/oder Kippsegmentlager gegenüberliegend außerhalb des Lagerbereiches angeordnet sind. Die axiale Richtung entspricht hierbei der Drehachse bzw. Längsachse der Welle. Der erste Bereich und/oder der zweite Bereich kann angrenzend zu dem Folienlager und/oder It is advantageous if, in the axial direction, the first region and the second region are arranged relative to the foil bearing and / or tilting-segment bearing opposite outside of the bearing region. The axial direction corresponds to the axis of rotation or longitudinal axis of the shaft. The first region and / or the second region may be adjacent to the foil bearing and / or
Kippsegmentlager angeordnet sein. D.h., mit anderen Worten, dass das Tilting pad storage be arranged. That is, in other words, that
Folienlager und/oder Kippsegmentlager von dem Arbeitsfluid axial durchströmt wird. Hierdurch kann ein effizienter Kühlstrom in axialer Richtung, d.h. durch den Lagerbereich bzw. Lagerspalt von einer Seite zu der anderen Seite des Foil bearing and / or tilting pad bearing is flowed through axially by the working fluid. This allows an efficient cooling flow in the axial direction, i. through the storage area or bearing gap from one side to the other side of the
Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers erzeugt werden. Foil bearing and / or Kippsegmentlagers are generated.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn in axialer Richtung der erste Bereich innerhalb, insbesondere im Wesentlichen mittig innerhalb des Lagerbereiches, und der zweite Bereich außerhalb des Lagerbereiches angeordnet sind. Hierdurch kann ein effizienter Kühlstrom aus dem Lagerbereich bzw. Lagerspalt nach außen, d.h. in einen kühleren Bereich außerhalb Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers erzeugt werden. It is also advantageous if in the axial direction of the first area within, in particular substantially centrally within the storage area, and the second area are arranged outside the storage area. This allows an efficient cooling flow from the storage area or storage gap to the outside, i. be generated in a cooler area outside the film bearing and / or Kippsegmentlagers.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die definierte Strukturierung in axialer Richtung der erste Bereich außerhalb des Lagerbereiches und der zweite Bereich innerhalb, insbesondere im Wesentlichen mittig innerhalb des Furthermore, it is advantageous if the defined structuring in the axial direction of the first area outside the storage area and the second Area within, in particular substantially centered within the
Lagerbereiches angeordnet sind. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Folienlager und/oder Kippsegmentlager im Lagerbereich zumindest eine Entlüftungsöffnung zur Ableitung des Arbeitsfluids aus dem Lagerbereich aufweist. Der erste Bereich kann hierbei zwei relativ zu dem Folienlager und/oder Kippsegmentlager gegenüberliegend angeordnete erste Teilbereiche aufweisen. Hierdurch kann ein effizienter Kühlstrom aus einen kühleren Bereich außerhalb Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers in bzw. durch den Lagerbereich bzw. Lagerspalt hindurch erzeugt werden, welcher mittels der Entlüftungsöffnung aus dem Lagerbereich bzw. Lagerspalt abgeleitet wird. Storage area are arranged. In this case, it is particularly advantageous if the film bearing and / or tilting pad bearing in the storage area has at least one vent opening for discharging the working fluid from the storage area. In this case, the first region can have two first partial regions which are arranged opposite one another relative to the film bearing and / or tilting pad bearing. In this way, an efficient cooling flow can be generated from a cooler region outside the foil bearing and / or tilting pad bearing into or through the bearing region or bearing gap, which is derived from the bearing region or bearing gap by means of the ventilation opening.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Gehäuse derart ausgebildet und das Folienlager und/oder Kippsegmentlager derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass sich in axialer Richtung ein definierter Druckgradient an dem Folienlager und/oder Kippsegmentlager und/oder ein definierter Staudruck außerhalb des Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers einstellt. Hierbei ist das Folienlager und/oder Kippsegmentlager bevorzugt als Radiallager ausgebildet und die Nuten der Strukturierung verlaufen bevorzugt helixförmig. Durch diese Maßnahme kann ein Staudruck an einer definierten Stelle, bspw. am Rande des Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers erzeugen werden, wodurch eine zusätzliche Dichtungsfunktion realisierbar ist. It is also advantageous if the housing is designed in such a way and the foil bearing and / or tilting pad bearing is arranged in the housing in such a way that in the axial direction a defined pressure gradient at the foil bearing and / or tilting pad bearing and / or a defined dynamic pressure outside the foil bearing and / or or tilting pad bearing. Here, the foil bearing and / or tilting pad bearing is preferably designed as a radial bearing and the grooves of the structuring preferably extend helically. By this measure, a dynamic pressure at a defined location, for example. At the edge of the foil bearing and / or Kippsegmentlagers be generated, whereby an additional sealing function can be realized.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die definierte Strukturierung derart ausgebildet ist, um eine Lagereigenschaft, insbesondere die Dämpfung und/oder die Steifigkeit des Folienlagers und/oder Kippsegmentlagers in Abhängigkeit von einer It is also advantageous if the defined structuring is designed such that a bearing property, in particular the damping and / or the rigidity of the foil bearing and / or tilting pad bearing in dependence on a
Drehzahl der Welle definiert zu verändern, insbesondere zu erhöhen und/oder zu senken. Diese Maßnahme ist insbesondere bei Folienlagern vorteilhaft, wobei sowohl die Lager als auch der Welle für den Betriebsdrehzahlbereich optimal ausgelegt werden können. To change the speed of the shaft defined, in particular to increase and / or lower. This measure is particularly advantageous in foil bearings, wherein both the bearings and the shaft can be optimally designed for the operating speed range.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Lagereinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; und Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer Lagereinrichtung gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. 1 shows a schematic cross section of a bearing device according to an embodiment of the invention; and Fig. 2 is a schematic cross section of a bearing device according to another embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Lagereinrichtung in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen. In Fig. 1, a bearing device according to the invention is provided in its entirety by the reference numeral 10.
Die Lagereinrichtung 10 weist Gehäuse 12, zwei Folienlager 14 und eine Welle 16 auf. Das Folienlager 14 ist in einer Lageraufnahme 18 des Gehäuses 12 aufgenommen. The bearing device 10 has housing 12, two foil bearings 14 and a shaft 16. The film bearing 14 is accommodated in a bearing receptacle 18 of the housing 12.
Die Welle 16 ist mittels der Folienlagern 14 in Lagerbereichen 20 der Folienlager 14 um eine Drehachse 22 drehbar gelagert. Hierbei weist die Welle 16 in den Lagerbereichen 20 eine definierte Strukturierung 24 auf. Die definierte The shaft 16 is rotatably mounted about a rotation axis 22 by means of the foil bearings 14 in bearing areas 20 of the foil bearings 14. In this case, the shaft 16 has a defined structuring 24 in the storage areas 20. The defined
Strukturierung 24 weist definierte Nuten 26 auf, welche pfeilförmig verlaufen und einen Winkel von +-45° zu der Drehachse 22 der Welle 16 aufweisen. Die definierte Strukturierung 24 ist derart ausgebildet, dass bei entsprechender Drehung der Welle 16 ein Arbeitsfluid, welches hierbei Luft ist, von einem ersten Bereich 28 zu einem zweiten Bereich 30 definiert geleitet wird. Hierbei sind in axialer Richtung 32 der erste Bereich 28 außerhalb des Lagerbereiches 20 und der zweite Bereich 30 innerhalb, insbesondere im Wesentlichen mittig innerhalb des Lagerbereiches 20 angeordnet. Um das Arbeitsfluid aus dem Lagerbereich 20 abzuleiten, weisen die Folienlager 14 jeweils im Lagerbereich 20 eine Structuring 24 has defined grooves 26, which extend in an arrow shape and have an angle of + -45 ° to the axis of rotation 22 of the shaft 16. The defined structuring 24 is designed in such a way that, with a corresponding rotation of the shaft 16, a working fluid, which in this case is air, is guided from a first region 28 to a second region 30. In this case, in the axial direction 32, the first area 28 outside the storage area 20 and the second area 30 inside, in particular substantially centrally within the storage area 20 are arranged. In order to derive the working fluid from the storage area 20, the foil bearings 14 each have a bearing area 20
Entlüftungsöffnung 34 auf. Demnach wird mittels der definierten Strukturierung 24 an der Welle 16 eine definierte Leitung eines Arbeitsfluids bzw. der Luft (und damit ein Kühlstrom) in Pfeilrichtung 36 bei entsprechender Drehung der Welle 16, d.h. im Betrieb erzeugt. Vent 34 on. Accordingly, by means of the defined structuring 24 on the shaft 16, a defined line of a working fluid or air (and thus a cooling flow) in the direction of arrow 36 with corresponding rotation of the shaft 16, i. generated during operation.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Lagereinrichtung 10, wobei die Rillen 26 der Welle 16 im Wesentlichen parallel verlaufen und in einem Winkel von +45° zu der Drehachse 22 der Welle 16 aufweisen. Hierbei wird das Arbeitsfluid bzw. die Luft bei entsprechender Drehung der Welle 16 in Pfeilrichtung 36 von dem ersten Bereich 28 zu dem relativ zu dem Folienlager 14 gegenüberliegend angeordneten zweiten Bereich 30 definiert geleitet. Dies führt dazu, dass die Folienlager 14 von der Luft in axialer Richtung 32 durchströmt werden, so dass durch die Lagerbereiche 20 ein effizienter Kühlstrom erzeugt wird. 2 shows a further embodiment of the bearing device 10, wherein the grooves 26 of the shaft 16 are substantially parallel and at an angle of + 45 ° to the axis of rotation 22 of the shaft 16. In this case, the working fluid or the air is guided with a corresponding rotation of the shaft 16 in the direction of arrow 36 from the first region 28 to the relative to the film bearing 14 opposite arranged second region 30 defined. This results in that the film bearings 14 are traversed by the air in the axial direction 32, so that an efficient cooling flow is generated by the storage areas 20.

Claims

Ansprüche claims
1. Lagereinrichtung (10) mit 1st storage device (10) with
- einem Gehäuse (12);  a housing (12);
- zumindest einem in dem Gehäuse (12) angeordneten Folienlager (14) und/oder Kippsegmentlager zur Lagerung einer drehenden Welle (16); und  - At least one in the housing (12) arranged film bearing (14) and / or Kippsegmentlager for supporting a rotating shaft (16); and
- der Welle (16), welche in einem Lagerbereich (20) des zumindest einen Folienlagers (14) und/oder Kippsegmentlagers gelagert ist, wobei die Welle im Lagerbereich (20) eine definierte Strukturierung (24) zur definierten Leitung eines Arbeitsfluids durch den Lagerbereich (20) bei Drehung der Welle (16) aufweist.  - The shaft (16) which is mounted in a storage area (20) of the at least one foil bearing (14) and / or Kippsegmentlagers, wherein the shaft in the storage area (20) a defined structuring (24) for the defined conduction of a working fluid through the storage area (20) upon rotation of the shaft (16).
2. Lagereinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Strukturierung (24) derart ausgebildet ist, dass bei Drehung der Welle (16) das Arbeitsfluid von einem ersten Bereich (28) zu einem zweiten Bereich (30) definiert geleitet wird. Second bearing device (10) according to claim 1, characterized in that the defined structuring (24) is designed such that upon rotation of the shaft (16), the working fluid from a first region (28) to a second region (30) defined becomes.
3. Lagereinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (32) der erste Bereich (28) und der zweite Bereich (30) relativ zu dem Folienlager (14) und/oder Kippsegmentlager gegenüberliegend außerhalb des Lagerbereiches (20) angeordnet sind. 3. bearing device (10) according to claim 2, characterized in that in the axial direction (32) of the first region (28) and the second region (30) relative to the film bearing (14) and / or tilting pad opposite lying outside of the storage area (20 ) are arranged.
4. Lagereinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (32) der erste Bereich (28) innerhalb, insbesondere im Wesentlichen mittig innerhalb des Lagerbereiches (20), und der zweite Bereich (30) außerhalb des Lagerbereiches (20) angeordnet sind. 4. bearing device (10) according to claim 2, characterized in that in the axial direction (32) of the first region (28) within, in particular substantially centrally within the storage area (20), and the second area (30) outside the storage area ( 20) are arranged.
5. Lagereinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Strukturierung (24) in axialer Richtung (32) der erste Bereich (28) außerhalb des Lagerbereiches (20) und der zweite Bereich (30) innerhalb, insbesondere im Wesentlichen mittig innerhalb des Lagerbereiches (20) angeordnet sind. 5. bearing device (10) according to claim 2, characterized in that the defined structuring (24) in the axial direction (32) of the first region (28) outside the storage area (20) and the second area (30) are arranged within, in particular substantially centrally within the storage area (20).
6. Lagereinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienlager (14) und/oder Kippsegmentlager im Lagerbereich (20) zumindest eine Entlüftungsöffnung (34) zur Ableitung des 6. bearing device (10) according to claim 5, characterized in that the film bearing (14) and / or tilting pad bearing in the storage area (20) at least one vent opening (34) for discharging the
Arbeitsfluids aus dem Lagerbereich (20) aufweist.  Working fluid from the storage area (20).
7. Lagereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Gehäuse (12) derart ausgebildet und das Folienlager (14) und/oder Kippsegmentlager derart in dem Gehäuse (12) angeordnet ist, dass sich in axialer Richtung (32) ein definierter 7. bearing device (10) according to any one of the preceding claims, characterized by the housing (12) formed in such a way and the film bearing (14) and / or Kippsegmentlager such in the housing (12) is arranged in the axial direction (32) a defined
Druckgradient an dem Folienlager (14) und/oder Kippsegmentlager und/oder ein definierter Staudruck außerhalb des Folienlagers (14) und/oder Kippsegmentlagers einstellt.  Pressure gradient on the film bearing (14) and / or Kippsegmentlager and / or a defined dynamic pressure outside of the film bearing (14) and / or Kippsegmentlagers sets.
8. Lagereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Strukturierung (24) derart ausgebildet ist, um eine Lagereigenschaft, insbesondere die Dämpfung und/oder die Steifigkeit des Folienlagers (14) und/oder 8. bearing device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the defined structuring (24) is designed to a bearing property, in particular the damping and / or stiffness of the film bearing (14) and / or
Kippsegmentlagers in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Welle (16) definiert zu verändern, insbesondere zu erhöhen und/oder zu senken.  Kippsegmentlagers defined as a function of a speed of the shaft (16) defined to change, in particular to increase and / or reduce.
9. Lagereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Strukturierung (24) definierte Nuten (26) aufweist. 9. bearing device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the defined structuring (24) defined grooves (26).
10. Lagereinrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (26) zumindest teilweise relativ zu einer Drehachse (22) der Welle in einem Winkelbereich von größer 0° bis kleiner 90° und/oder kleiner -0° bis größer -90° und/oder pfeilförmig und/oder V-förmig und/oder helixförmig verlaufen. 10. bearing device (10) according to claim 9, characterized in that the grooves (26) at least partially relative to a rotation axis (22) of the shaft in an angular range of greater than 0 ° to less than 90 ° and / or less than -0 ° to larger -90 ° and / or arrow-shaped and / or V-shaped and / or helical.
11. Lagereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium Luft ist und insbesondere das Kippsegmentlager ein luftgeschmiertes 11. Storage device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the working medium is air and in particular the tilting pad bearing an air-lubricated
Kippsegmentlager ist.  Tilting pad bearing is.
12. Strömungsmaschine, insbesondere Strömungsverdichter mit einer Lagereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.  12. Turbomachine, in particular flow compressor with a bearing device (10) according to one of the preceding claims.
PCT/EP2019/058619 2018-05-08 2019-04-05 Bearing device with a structured shaft WO2019214883A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018207114.4 2018-05-08
DE102018207114.4A DE102018207114A1 (en) 2018-05-08 2018-05-08 Bearing device with a structured shaft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019214883A1 true WO2019214883A1 (en) 2019-11-14

Family

ID=66223671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/058619 WO2019214883A1 (en) 2018-05-08 2019-04-05 Bearing device with a structured shaft

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018207114A1 (en)
WO (1) WO2019214883A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11035403B2 (en) * 2019-04-18 2021-06-15 Hanwha Powersystems Co., Ltd Radial force support apparatus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022124630A1 (en) 2022-09-26 2024-03-28 Zf Cv Systems Global Gmbh Air bearing arrangement for fuel cell compressors with an expander

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4896975A (en) * 1988-12-13 1990-01-30 Allied-Signal Inc. Ceramic air bearing shaft
SU1733743A1 (en) * 1988-03-01 1992-05-15 Мгту Им.Н.Э.Баумана High-speed shaft support
US5215385A (en) * 1990-03-16 1993-06-01 Ide Russell D Low-profile disk drive motor with deflecting-pad bearings
JPH06313423A (en) * 1993-04-28 1994-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Dynamic pressure gas bearing
JP2005265010A (en) * 2004-03-17 2005-09-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Dynamic pressure gas bearing
DE102014201563A1 (en) 2014-01-29 2015-07-30 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aerodynamic air bearing and method for its manufacture
CN105333004A (en) * 2015-11-25 2016-02-17 湖南大学 Ultrasonic aerodynamic bearing
WO2016184413A1 (en) * 2015-05-19 2016-11-24 罗立峰 Miniature gas turbine generator

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1733743A1 (en) * 1988-03-01 1992-05-15 Мгту Им.Н.Э.Баумана High-speed shaft support
US4896975A (en) * 1988-12-13 1990-01-30 Allied-Signal Inc. Ceramic air bearing shaft
US5215385A (en) * 1990-03-16 1993-06-01 Ide Russell D Low-profile disk drive motor with deflecting-pad bearings
JPH06313423A (en) * 1993-04-28 1994-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Dynamic pressure gas bearing
JP2005265010A (en) * 2004-03-17 2005-09-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Dynamic pressure gas bearing
DE102014201563A1 (en) 2014-01-29 2015-07-30 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Aerodynamic air bearing and method for its manufacture
WO2016184413A1 (en) * 2015-05-19 2016-11-24 罗立峰 Miniature gas turbine generator
CN105333004A (en) * 2015-11-25 2016-02-17 湖南大学 Ultrasonic aerodynamic bearing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11035403B2 (en) * 2019-04-18 2021-06-15 Hanwha Powersystems Co., Ltd Radial force support apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018207114A1 (en) 2019-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2140114B1 (en) Axial bearing particularly for a turbocharger
DE102008064815B3 (en) Spindle motor with fluid dynamic bearing system and fixed shaft
DE102014201547B4 (en) TURBOCHARGER
DE602004012546T2 (en) VACUUM PUMP
EP2167792B1 (en) Vehicle turbocharger with a specific seal
EP2193279B1 (en) Hydrodynamic axial bearing
DE102013222067B4 (en) Oil deflector and oil seal system
EP1391586B1 (en) Turbocharger
DE102011081419A1 (en) squeeze film
EP3762624B1 (en) Turbocharger with a hydrodynamic slide bearing, or bearing arrangement with a hydrodynamic slide bearing
DE102007052101A1 (en) Thrust bearing, in particular for a turbocharger
DE60118611T2 (en) FLUID FILM BEARING WITH FLEXIBLE FOIL AND SPIRAL DAMPER
DE102015218280A1 (en) Bearing lubrication for electrical machine
WO2019214883A1 (en) Bearing device with a structured shaft
DE102019111038A1 (en) ENGINE
DE112018006765T5 (en) turbocharger
EP3532740B1 (en) Rotation system with axial gas bearing
DE102017118204B4 (en) Rolling bearing and anti-rotation mechanism for a turbocharger
EP1321680A2 (en) Turbo machine
DE102008033361A1 (en) Spindle motor for operating hard disk drive and fan, has axial section formed between outer wall of hub and inner wall of base plate or between outer wall of hub and inner wall of laminated stator core
DE102018104784A1 (en) Electric coolant pump
DE102017123043A1 (en) lubricant supply
DE102017001405B4 (en) Spindle motor for driving a hard disk drive
DE102019131225A1 (en) TURBOCHARGER FOR A COMBUSTION ENGINE
DE102019110299A1 (en) Tapered roller bearings

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19718270

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19718270

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1