轴承安排的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种轴承安排（28），该轴承安排具有至少一个径向空气轴承（1）和/或具有一个轴向空气轴承（15′），其中该径向空气轴承（1）具有一个内部环形轴承板（7）和在外侧环绕该轴承板（7）的一个弹簧板（10），所述轴承板和弹簧板被形成为一个单件式部件。
【专利说明】轴承安排
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种轴承安排。
[0002]具有至少一个径向空气轴承和/或一个轴向空气轴承的所述类型的轴承安排特别地被用于多种具有非常高转速的旋转零件。
[0003]为此目的，一种已知的轴承安排具有一个径向空气轴承，该径向空气轴承具有一个内部的开槽轴承板，该开槽轴承板可以例如是围绕一个轴安排的。
[0004]在该轴承板的外侧上提供了一个分开的弹簧板，该弹簧板环绕所述轴承板并且在闲置状态下，该轴承板压靠在该轴的外表面上。
[0005]当该轴开始旋转时，在该轴的外表面与该轴承板的内表面之间开始建立一个气垫，这样使得该轴承板对抗该弹簧板的压力而从该轴被提升，并且因此该轴借助于该气垫而是以事实上无磨损的方式安装的。在此，该轴承板和该弹簧板可以被安排在例如一个外部轴承套管中或者例如在涡轮增压器的情况下被直接安排在轴承壳体中而无须提供另外的轴承套管。
[0006]本发明的一个目的是提供在权利要求1的前序部分所指明类型的一种轴承安排，这种轴承安排具有更简易的构造并且更易于组装。
[0007]所述目的是通过权利要求1的这些特征来实现的。
[0008]因此，根据本发明的原理所提供的是，该径向空气轴承的轴承板和弹簧板被形成为一个单件式部件。为此目的，例如有可能的是使一个长形板条弯曲，其中于是将处于外部的这个板条部分对其赋予了一种褶皱状结构以便形成该弹簧板。
[0009]从属权利要求2至6涉及本发明的多种有利改进。
[0010]权利要求8和10定义了在各自情况下作为可独立销售的物品的一种径向空气轴承和轴向空气轴承。
[0011]从以下基于附图的多个示例性实施例的说明中将显现出本发明的进一步的细节、特征和优点，在附图中:
[0012]图1示出了根据本发明的径向空气轴承的略微简化的局部示意图，该径向空气轴承在此实例中被分为三个板部分，
[0013]图2示出了来自图1的这些板部分之一的透视图，
[0014]图3示出了根据本发明的轴向空气轴承的透视图，
[0015]图4-8示出了根据本发明的轴承安排的多种可能用途，并且
[0016]图9-11示出了轴向空气轴承的另一个实施例的多个图示。
[0017]图1示出了根据本发明的一个径向空气轴承I的局部视图，所述径向空气轴承在此实例中由三个板部分2、3和4构成，在图1中展示的空气轴承I的组装后状态下，这三个板部分形成了一个轴承环，该轴承环在此实例中是围绕一个轴5安排的并且是在一个轴承衬套或一个轴承壳体6中引导的。
[0018]因为这些板部分2、3和4各自具有相同的构造，所以下文中仅用板部分2作为所有这些板部分2至4的代表来参照。如图1中所示，板部分2具有一个内部轴承板7，该内部轴承板具有与轴5的直径相对应的弯曲形式，这样使得在图1所示的组装后状态下，所述内部轴承板可以在轴5不旋转时搁置在该轴的外部圆周8上。轴承板7经由一个弯曲的连接部分9而连接到一个外部弹簧板10上,这样使得该轴承板7和弹簧板10形成了一个单件式部件。所述设计也可以从图2的详细图示中看出。
[0019]一起观察图1和图2，可以看出，板部分2在其多个末端区域处各自分别配备有一个固位凸耳11和12，这些凸耳向外伸出并且因此指向背离轴5。在此，固位凸耳11是一个背离弹簧板10弯曲的板条，而固位凸耳12是通过冲压出该弹簧板在连接部分9的区域中的一部分而形成的，所述部分在冲压之后同样向外弯曲。
[0020]图1示出了，所述固位凸耳11和12接合到对应的凹陷13和14中，以便固定板条2的位置。所述凹陷13和14被安排在该轴承衬套中或在周围的轴承壳体6中。
[0021]还如图1和图2中所示，弹簧板10配备有一种褶皱以便能够产生弹簧作用，当轴5处于闲置状态时，借助于该弹簧作用，轴承板7被压靠在该轴的外部圆周8上。
[0022]在图1中展示的该特别优选的实施例中，还提供了一个中间层15，该中间层的弯度对应于轴承板7的弯度，并且该中间层被安排在轴承板7与弹簧板10之间以便防止弹簧板10的褶皱被压入轴承板7中。此外，中间层15通过产生摩擦而用于轴承阻尼。
[0023]如在引言部分中解释的，根据本发明提供的是，径向空气轴承I是通过一种单一(于是处于类似于轴密封件的开口环的形式)板安排(弹簧板10、轴承板7以及适当时中间层15)而构造的，或者径向空气轴承I被分为至少两个、优选三个板部分2、3和4，如在图1的这个特别优选的实施例中提供和展示的。
[0024]如在引言部分中解释的，当轴5处于闲置位置中时，轴承板7搁置在该轴的外部圆周8上。
[0025]当该轴5开始旋转时，在该轴承板7与轴5的外部圆周8之间建立一个气垫，这样使得该轴承板7对抗该弹簧板10的压力而从轴5的外部圆周8提升，并且因此轴5是借助于在外部圆周8与轴承板7之间建立的气垫而安装的。
[0026]一个轴向空气轴承具有相同的运行模式，其中根据本发明的所述轴向空气轴承的一个优选实施例被展示在图3中并且用参考符号15'来表示。
[0027]轴向空气轴承15'具有一个承载板或一个轴承板16，该板处于环形盘的形式并且配备有多个突出部17、18，其中在这多个突出部中，只有突出部17、18是在图3中可见的。为此目的，轴承板16具有一个内部环形区域16A以及在外侧同心地环绕它的一个外部环形区域16B。为了形成这些突出部17、18，铣削出该内部环形区域16A而使得这些突出部17、18相对于该铣削出的内部环形区域16A作为隆起的腹板而伸出。
[0028]在轴承板16上搁置了一个弹簧板19，该弹簧板在此实例中是由多个弹簧板部分构成的，其中的在图3中可见的那些弹簧板部分用参考符号19'表示。这些弹簧板部分19'进而经由腹板20而连接到一个内环21上。
[0029]该图中还显示，轴向空气轴承15'在此实例中具有被安排在外部圆周上的三个防旋转器件，其中的一个作为所有这些防旋转器件的代表而用参考符号22表示。所述这些防旋转器件22是处于凹陷23的形式，这些凹陷在一侧上开放并且其中可以接合一个销钉(不再更详细展示)。
[0030]不言而喻，轴承板16和弹簧板19各自具有一个中央凹陷24，在组装后的状态下这个有待安装的轴延伸穿过该中央凹陷。[0031]在图4中展示的这个特别优选的实施例中，在弹簧板19上安排了一个支撑板25，该支撑板具有从一个外环25A向内伸出的多个凸舌，其中凸舌258至2?在图3中是可见的并且与弹簧板19部分地重叠以便建立一种弹簧作用并且以便将出现的荷载尽可能均匀地引入一个盖板38中。弹簧板19及其弹簧板部分19'、突出部17和18以及支撑板25因此形成了一种环形弹簧安排，盖板38被安排在该环形弹簧安排上。即便由上述部件17、18、
19、19'和25形成的所述弹簧安排构成了一个特别优选的实施例，但该弹簧安排也可能被设计成某种其他形式，例如设计成一种褶皱状的环形板。盖板38也可能被安装在所述环形板上。
[0032]盖板38具有一个外环39，如图3中所示，在组装后的状态下，该外环覆盖了外环25A，后者经由一个连接部分25E连接到这些凸舌上，如从图3的展示中可以详细看出。
[0033]盖板38的外环39经由多个连接腹板而连接到一个内环41上，其中由于图3中所选定的展示，所述腹板中只有一个是可见的，所述腹板用参考号40表示。
[0034]如图3中所示，内环41配备有一种螺旋安排42，该螺旋安排由多个螺旋通道构造而成。该螺旋安排42的所述这些螺旋通道的设计(图3中所示)通过一个具有有待安装的轴的轴组件(在组装后状态下该轴组件搁置在盖板38上)产生了一种空气递送方式，通过这种方式迫使空气径向地向外，也就是说在轴向轴承15'的外边缘的方向上，以便建立一个气垫，在旋转时通过该气垫来装载该具有有待安装的轴的轴组件。图3中展示的螺旋通道安排构成了一个用于在轴承板16与弹簧安排之间建立空气压力的装置的特别优选的实施例，当通过该轴向空气轴承15'安装的轴旋转时，该装置吸入空气并且在轴承板16与该弹簧安排之间由于上述的空气压力建立而建立一种气垫，该气垫形成了在该轴的旋转过程中稳定的、用于安装所述轴的一种垫。
[0035]作为对此的替代方案，还有可能提供一个外部空气给送装置，例如处于与轴向轴承15’分开安排的一个压缩机的形式、或处于将来自外部的空气泵入该弹簧安排与轴承板16之间并且由此建立所述气垫的一个压缩机的形式。这样的安排的一个实例是将在下文中基于图6详细解释的压缩机叶轮36，该压缩机叶轮可以实现对该轴向空气轴承的外部空气给送。
[0036]关于图3中选定的展示，必须指出的是，轴承板16、弹簧板19、支撑板25和盖板38各自不言而喻是封闭的环，然而这些仅部分地在图3中展示出以便使之有可能展示出这些单独的部件。
[0037]关于该螺旋安排42的安排和设计，在此明确地参照图3中它的图解展示，其中基本上还有可能对图3中展示的所述特别优选的实施例进行修改，如果在一种或另一种使用状态下这是必要的话。代替突出部17、18，还有可能提供多个板条，这些板条在内环21上在弹簧板部分W的区域中向内延伸并且可以弯曲成使得在弯曲后的状态下它们位于这些弹簧板部分19'之下。在此情况下，这样的弯曲的腹板接着将与其他的部件19、19,、25一起形成该弹簧安排。
[0038]在用于在两个轴向方向上引导一个轴的完全组装好的状态下，该轴向空气轴承15'不言而喻是由对应的两个轴承板/弹簧板安排构造而成,这些轴承板/弹簧板安排被安排在一个轴组件的两侧上，如下文中将基于多个使用实例更详细地解释的。
[0039]在图4中展示了根据本发明的空气轴承安排的可能用途的图解原理图。在此方面，图4不出了一个电机26,该电机可以处于电动机或发电机的形式。电机26的轴27是通过根据本发明的空气轴承安排28安装的，该空气轴承安排用这两个框来象征。
[0040]如果该安排是例如一个空气给送装置，则电机26的轴27联接到一个压缩机30上并且驱动其压缩机叶轮以便输送空气。
[0041]任选地，轴27的另一端可以联接到一个涡轮机31上，该涡轮机的涡轮机叶轮可以例如由一台发动机或某个其他燃烧室的排气流所驱动。
[0042]上述基本原理也可以在按照图5的实施例中找到，该图展示了所谓的“里程扩展器”，该里程扩展器用于提高车辆的里程、特别是由电动机驱动的汽车。
[0043]在所述实例中，还可以提供一个根据本发明的空气轴承安排28。如图5中所示，除了关于图4所解释的这些部件之外，该里程扩展器还配备有一个燃烧室32，燃料可以在该燃烧室中燃烧，该燃料可以用所产生的燃烧气体的形式被供应至涡轮机31以便驱动涡轮机叶轮。在此情况下，电机29是处于发电机的形式并且可以用于产生电力，从而对蓄电池充电，借助于这些蓄电池，就可以使用车辆(在图5中未展示)的电动机驱动器。在图5中展示的实施例中，发电机29此外还连接到压缩机30上，该压缩机进而经由一个回流换热器33而将经压缩的燃烧空气供应至燃烧室32。
[0044]图6示出了实际上实现图4和图5的图解展示的一种可能性的结构细节。
[0045]从图6的展示中清楚的是，根据本发明的轴承安排28在此实例中配备有两个根据本发明的径向空气轴承I和一个根据本发明的轴向空气轴承15'，它们的两个盘片组(如上文中基于图3所解释的)被安排在一个轴组件34的两侧上，以便能够通过其来在两个径向方向上装载该轴27。
[0046]在图6中展示的实施例中，必须强调的是电机26与涡轮机31是通过压缩机30分开的，这产生的优点是在涡轮机31中必然占主导的高温不能被传输至电机26。
[0047]这产生了涡轮机31和压缩机30的涡轮机叶轮35和压缩机36的“背靠背”的安排，如图6的展示中详细示出的。
[0048]在所述安排中，轴承安排I和15’被安排在电机26的壳体中，如图6所示。
[0049]在图7和图8中示出了具有至少一个径向空气轴承I和一个轴向空气轴承15的根据本发明的轴承安排28的进一步的可能用途。
[0050]在此，图7示出了一种常规的排气涡轮增压器37，该排气涡轮增压器可以配备有两个径向空气轴承和一个轴向空气轴承、或仅是部分地通过多个空气轴承而安装的，因为例如有可能将两个径向空气轴承与一个常规的轴向轴承相组合。此外，根据本发明，原理上同样有可能将仅一个径向空气轴承和一个常规径向轴承彼此进行组合。所述这些轴承组合进而可以与一个常规的轴向轴承或与一个轴向空气轴承进行组合。
[0051]图8示出了一个电机26，该电机与一个压缩机30进行组合以便驱动该压缩机，这样使得图8的安排产生了一个充电器。
[0052]一个处于发电机形式的电机与一个涡轮机进行组合也是可能的。所述安排可以例如被安排在机动车辆的排气道中，以便利用排气的能量来驱动涡轮机，该涡轮机进而驱动发电机从而产生电能。所述安排可以提供在常规的自然吸气发动机中或者在排气涡轮增压器下游的排气道中。
[0053]图9至11示出了根据本发明的轴向空气轴承的另外一个实施例，其中所述空气轴承被展示为没有常规的壳体部分并且仅是用在图10中可见的一个载体板43和一个弹簧板55来象征的。在轴向空气轴承的情况下，所述部件被置于一个壳体中，其中在各自情况下在相关联的多个壳体部分中安排了两个载体板和多个弹簧板，这些壳体部分被安排在可旋转地、相连地连接到有待安装的轴上的一个中央盘片的两侧上，其中在所述盘片与该载体板之间建立了这种气垫。
[0054]一起观察图9至图11，可以看出在所述这些图中展示的特别优选的实施例中，载体板43具有三个注入和接纳压力区域，其中的一个用参考符号44表示并且将在下文中作为所有所述区域的代表进行描述。
[0055]注入和接纳压力区域44具有两个子区域44A和44B，这些子区域相对于环形载体板43的平面是凹入的。子区域44A和44B在各自情况下通过开口 45和46在一个中央凹陷56的方向上是打开的。
[0056]在子区域44B邻近处提供了一个斜坡50，以用于产生泵浦效果和压力建立。在此，该斜坡具有曲线形式并且被形成为相对于圆周方向U倾斜了一个角度α，该角度大于90°并且优选地在从110°到160°的范围内。此外在斜坡50邻近处提供了一个槽缝57，该槽缝被形成为在一侧上通过开口 58而开放。因此，斜坡50被安排在子区域44Β与槽缝57之间。
[0057]此外在载体板43的外部圆周上提供了三个防旋转器件47、48和49，这些防旋转器件与该轴向空气轴承的壳体的多个防旋转销钉(在图中未更详细地展示)相互作用。
[0058]在所述防旋转器件47和49的附近各自提供了多个空气冷却区域，其中一个作为所有这些空气冷却区域的代表在图9至10中用参考号51表示。所述这些空气冷却区域位于这些表面区域59和60下方约0.5mm处，其中表面区域59位于斜坡50与子区域44B之间，并且表面区域60与空气冷却区域51相邻，如从图9中可以详细看出。
[0059]此外图10示出了对一个弹簧板55提供多个弹簧或弹簧区域52至54，其中在图10选定的展示中，所述弹簧板55被安排在载体板43之下，也就是在图10的绘图平面之下。
[0060]因此，载体板43的后侧优选地是平面形式的，特别地如果这些弹簧或弹簧区域52至54大到伸入这些被冲压的区域(特别是子区域44A和44B)之中的话。
[0061]在图9至10中展示的根据本发明的轴向空气轴承的构造优选地产生了有助于轴承的冷却的一种空气循环，因为所述空气循环使得热量有可能耗散到周围的壳体中。
[0062]此外，斜坡50的曲线形式产生了一种有利地稳定的空气压力建立并且因此产生了用于装载这个配备有该轴向空气轴承的轴的稳定气垫。
[0063]根据图6至图11的这些安排还可以配备有一种根据本发明的轴承安排，该轴承安排包括上述径向和轴向空气轴承带有或不带有常规的径向或轴向轴承的可能组合。
[0064]此外必须强调的是，根据图6至图11的这些安排各自构成了根据本发明的单独物
品O
[0065]除本发明的以上书面披露之外，特此明确地参考在图1至图11中对本发明的图示说明。
[0066]参考符号清单
[0067]I径向空气轴承
[0068]2、3、4 板部分[0069]5 轴
[0070]6轴承衬套或轴承壳体
[0071]7轴承板
[0072]8轴5的外部圆周
[0073]9连接部分
[0074]10 弹簧板
[0075]11、12固位凸耳
[0076]13、14壳体或轴承衬套中的凹陷
[0077]15 中间层
[0078]15'轴向空气轴承
[0079]16 轴向轴承板
[0080]16A 内环区域
[0081]16B外环区域
[0082]17 突出部
[0083]18 突出部
[0084]19 轴向弹簧板
[0085]19'弹簧板部分
[0086]20 连接腹板
[0087]21 内环
[0088]22 防旋转器件
[0089]23 凹陷
[0090]24 轴承板16、弹簧板19、支撑板25以及盖板38的凹陷
[0091]25 支撑板
[0092]25A 外环
[0093]25B-25D 凸舌
[0094]25E连接区域
[0095]26 电机(电动机和/或发动机)
[0096]27 轴
[0097]28 轴承安排
[0098]29 发电机
[0099]30 压缩机
[0100]31 涡轮机
[0101]32 燃烧室
[0102]33 回流换热器
[0103]34 轴组件
[0104]35 涡轮机叶轮
[0105]36 压缩机叶轮
[0106]37 排气涡轮增压器
[0107]38 盖板[0108]39 外环
[0109]40 腹板/连接腹板
[0110]41 内环
[0111]42 螺旋安排
[0112]43 载体板
[0113]44 注入和接纳压力区域
[0114]45,46 入口开口
[0115]47、48、49防旋转器件
[0116]50 斜坡
[0117]51 空气冷却区域
[0118]52、53、54 弹簧
[0119]55 弹簧板
[0120]56 中央凹陷
[0121]57 槽缝
[0122]58 开口
[0123]59、60载体板43的表面区域
【权利要求】
1.一种轴承安排(28) -具有至少一个径向空气轴承(I);和/或 -具有一个轴向空气轴承(15 ^ )， 其特征在于 -该径向空气轴承(I)具有一个内部环形轴承板(7)和在外侧环绕该轴承板(7)的一个弹簧板(10)，所述轴承板和弹簧板被形成为一个单件式部件。
2.如权利要求1所述的轴承安排，其特征在于，由该轴承板(7)和该弹簧板(10)构造而成的该单件式部件具有至少一个固位凸耳(11，12)。
3.如权利要求1或2所述的轴承安排，其特征在于，该弹簧板(10)具有褶皱形式。
4.如权利要求1至10之一所述的轴承安排，其特征在于，该轴承板(7)和该弹簧板(10)被分为至少两个、优选地三个板部分(2，3，4)，这些板部分可以被组装形成一个轴承环。
5.如权利要求1至4之一所述的轴承安排，其特征在于，在该轴承板(7)与该弹簧板(10)之间提供了一个中间层(15)。
6.如权利要求1至5之一所述的轴承安排，其特征在于，该轴向空气轴承(15')具有一个环形轴承板(16)和一个环形弹簧安排(17，18，19，19,，25)，其上安排有一个盖板(38)，该盖板配备有一个用于在该轴承板(16)与该弹簧安排(17，18，19，19'，25)之间建立空气压力的装置(42)。
7.如权利要求1所述的轴承安排，其特征在于，该轴向空气轴承具有一个环形载体板(43),其上安排有一个用于建立空气压力的曲线斜坡(50 )。
8.一种径向空气轴承(I) -具有一个内部环形轴承板(7 );并且 -具有在外侧环绕该轴承板(7)的一个弹簧板(10)， 其特征在于 -该轴承板(7)和该弹簧板(10)被形成为一个件。
9.如权利要求8所述的径向空气轴承，其特征为权利要求2至5中的至少一项。
10.一种轴向空气轴承(15') -具有一个环形轴承板(16)并且 -具有一个环形弹簧安排(17，18，19，19'，25)，其上安排有一个盖板(38)，该盖板配备有一个用于在该轴承板(16)与该弹簧安排(17，18，19，19' ,25)之间建立空气压力的装置(42)。
11.如权利要求10所述的轴向空气轴承，其特征在于，该弹簧安排(17，18，19，19'，25)配备有多个隆起的突出部(17，18)，这些突出部被安排在该轴承板(16)上并且一个弹簧板(19)的多个弹簧板部分(19')搁置在这些突出部上。
12.如权利要求10或11所述的轴向空气轴承，其特征为一个防旋转器件(22)。
13.如权利要求12所述的轴向空气轴承，其特征在于，该防旋转器件(22)具有多个间隔开的、环圆周安排的、用于多个防旋转销钉的接收凹陷(23)。
14.如权利要求10至13之一所述的轴向空气轴承，其特征在于，该用于建立空气压力的装置是处于一种螺旋管道安排(42)的形式。
15.如权利要求10至13之一所述的轴向空气轴承，其特征在于，该用于建立空气压力的装置是处于一种外部空气给送装置的形式，该外部空气给送装置从外部将空气泵入该弹簧安排(17，18，19，19' ,25)与该轴承板(16)之间。
16.如权利要求10至15之一所述的轴向空气轴承， 其特征在于，在该弹簧板(19)与该盖板(38 )之间提供了一个支撑板(25 )。
17.一种轴向空气轴承，其特征为一个环形载体板(43)，其上安排有一个用于建立空气压力的曲线斜坡(50)。
18.如权利要求17所述的轴向空气轴承，其特征在于，该曲线斜坡(50)被安排成相对于该支撑板(43)的圆周方向(U)倾斜了一个>90°、优选地为110°至160°的角度(α)。
19.如权利要求17或18所述的轴向空气轴承，其特征在于，在该载体板(43)上安排了一个弹簧板(55)。
20.如权利要求17至19之一所述的轴向空气轴承，其特征为安排在该载体板(43)上的至少一个空气冷却区域(51)。
【文档编号】F16C31/06GK103688068SQ201280034152
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】D·梅茨, M·米勒 申请人:博格华纳公司