气体轴承及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于以非接触方式支撑可旋转元件(50)的气体轴承。该气体轴承包括：壳体(100)，其具有用于容纳可旋转元件的开口；和至少两个滑动薄片(200)，至少两个滑动薄片(200)不重叠地配置在开口的内侧(110)上，并且每个滑动薄片(200)具有用于支撑在壳体(100)上的第一端部部分(210)和第二端部部分(220)。滑动薄片(200)配置为仅通过第一端部部分(210)和第二端部部分(220)相对于壳体(100)径向支撑可旋转元件，第二端部部分(220)提供与内侧(110)的摩擦接触和第一端部部分(210)被紧固到壳体上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体轴承及其制造方法本专利技术涉及一种气体轴承(特别是空气轴承)和一种用于制造该气体轴承的方法，并且特别涉及一种借助于(预应力的)滑动薄片的气动转子轴承装置。
技术介绍
空气轴承或气体轴承一般用于高速转子(高达每分钟180000转)，以尽量减少摩擦。这种高速的轴承装置只能通过空气轴承来实现，其中，共同转动的空气形成一个缓冲层，转子固定在缓冲层上。图5A和5B示出了包括壳体510、转子520、至少一个所谓的顶部薄片530和至少一个缓冲薄片540的传统的空气轴承。例如，顶部薄片530可以形成如图5A所示的单个元件。顶部薄片530还可以包括多个顶部薄片，例如图5B中所示的那些，这些顶部薄片随后彼此相邻地配置(沿着转子520的角运动)。例如，顶部薄片530可以通过紧固元件532连接到壳体510，并且相对部分在转子520和缓冲薄片540之间自由浮动。缓冲薄片540用于缓冲转子520的径向冲击。因此，它们被用作减震器或缓冲器，以使转子520尽可能位于壳体510的开口的中心。当转子520以非常高的速度(每分钟几个10000转)旋转时，夹带的空气导致在转子520和顶部薄片530之间形成气隙或气垫，使得转子520保持浮动在中心位置。因此，转子520的旋转导致转子520提起顶部薄片530，从而显著减小摩擦阻力，之后仅存在空气摩擦。顶部薄片530和缓冲薄片540用作非旋转转子520的支撑，或者如前所述，当发生意外的径向冲击时用作阻尼器。这些传统的空气轴承装置的缺点是，它们的制造和装配非常复杂，因此需要额外的成本。此外，由于存在许多未精确定义或难以定义的部件接触对，这些空气轴承装置的可预测性较差。因此，需要更简单、制造成本更低的其他解决方案，但仍能提供与传统的空气轴承相当的支撑。
技术实现思路
这些问题的至少一部分是通过根据权利要求1的空气轴承和根据权利要求10的制造方法来解决的。从属权利要求涉及独立权利要求的对象的有利的进一步实施例。实施例涉及用于以非接触方式支撑可旋转元件的气体轴承。气体轴承包括具有用于容纳可旋转元件的开口的壳体和至少两个滑动薄片。滑动薄片不重叠地配置在开口的内侧上，并且每个滑动薄片具有用于支撑在壳体上的第一端部部分和第二端部部分。滑动薄片配置为仅通过第一端部部分和第二端部部分径向支撑相对于壳体的可旋转元件，其中第二端部部分提供与内侧的摩擦接触，并且第一端部部分被固定到壳体。在本专利技术的上下文中，术语“可旋转元件”旨在被广泛地解释为包括尤其转子、轴、轴颈或任何其它旋转元件。可旋转元件的径向冲击定义为外部作用力或振动导致力垂直于可旋转元件的旋转轴(即垂直于可旋转元件的轴向轴)作用。可旋转元件可由每个滑动薄片至少部分地支撑以抵抗这种径向冲击。气体轴承尤其意指空气轴承，即使本专利技术并不旨在限于空气且可包括其它气体介质。方向定义如下：轴向平行于可旋转元件的旋转轴，并且在垂直于旋转轴的横截面视图中径向指向远离旋转轴的方向。切线方向垂直于轴向和径向。滑动薄片沿可旋转元件和壳体之间的切线方向依次排列，其中它们可以彼此邻接。因此，端部代表切线方向上的两个边缘处的区域，当克服摩擦力时，第二端部部分可相对于壳体移动。虽然空气轴承的工作原理已经可以使用两个滑动薄片，但具有两个以上的滑动薄片是特别有利的。例如，可旋转元件的中心由三个或四个滑动薄片实现。然而，滑动薄片的数量不应受到限制。例如，可旋转元件可由滑动薄片保持在端部之间的区域中。可选地，滑动薄片中的至少一个形成为多层，其中各个层在相同侧或相对侧连接到壳体。因此，各个层可以在可旋转元件的径向冲击期间一起弯曲或保持彼此。实施例还涉及一种用于以非接触方式支撑可旋转元件的空气轴承，其具有壳体，该壳体具有用于容纳可旋转元件的开口和多个多层滑动薄片。在该实施例中，每个多层滑动薄片与开口的内侧上的相邻的多层滑动薄片不重叠地配置，其中多层滑动薄片的各个层均通过第一端部部分和相对的第二端部部分连接到壳体。端部与多层滑动薄片的另一层或与壳体摩擦接触。此外，沿着面向可旋转元件的表面，多层滑动薄片的每一层在径向截面中形成圆的段或圆段或弧。特别地，多个多层滑动薄片可以一个在另一个顶部上配置，其中相对于壳体的最大支撑力将由第一端部部分和第二端部部分施加(因为没有在中心提供进一步的支撑)。为了获得最有效的支撑，摩擦接触的摩擦系数(摩擦系数)可以通过至少一个以下特征来增加：第二端部部分和/或开口的内侧涂覆有涂层，该涂层包含能增大摩擦系数的材料；第二端部部分和/或开口的内侧具有增加的粗糙度；第二端部部分具有轮廓以增加与开口的内侧的摩擦；第二端部部分在径向横截面视图中(沿切线方向)成角度以形成用于相对于开口的内侧的摩擦接触的增大的接触角。滑动薄片末端的特定轮廓可包括：例如，曲线、狭缝、角、齿、尖端等。壳体中的开口也可能偏离圆形，以便与圆形相比增加到内侧的接触角。增大的接触角会导致力的垂直分量(垂直作用在壳体或内侧上)也增大，从而导致更高的摩擦力和摩擦功。可选地，为了增加至少一个滑动薄片的刚度，至少一个滑动薄片(或层)的厚度可以在第一端部部分和第二端部部分之间变化。这增加了对径向作用力的支撑效果。可选地，第一端部部分与壳体的连接包括以下连接中的至少一个：焊接连接、焊接连接、粘合连接、第一端部部分至少部分地插入壳体的凹部中。实施例还涉及一种转子悬架，其具有如前所述的空气轴承和可插入壳体开口中的可旋转元件，使得滑动薄片设置在可旋转元件和壳体之间，以支撑相对于壳体径向作用在可旋转元件上的力，并以增加的转速形成气垫。可选地，至少两个滑动薄片是可交换的，以根据其刚度并取决于可旋转元件和预期的径向冲击来选择至少两个滑动薄片。该选择旨在确保可旋转元件可靠地保持在壳体的开口的中心，同时，在旋转运动期间(以所需速度)在至少两个滑动薄片和可旋转元件之间形成气隙。例如，可交换的滑动薄片可以插入壳体中的凹槽或凹部中。实施例还涉及一种制造用于以非接触方式支撑可旋转元件的空气轴承的方法。该方法包括：提供具有用于容纳可旋转元件的开口的壳体；在开口的内侧的第一端部部分和第二端部部分之间配置至少两个以弧形方式延伸的单层或多层滑动薄片，且相邻的滑动薄片不重叠，其中第一端部部分相对于壳体切线方向不可移动，并且第二端部部分提供与壳体或多层滑动薄片的其他层的摩擦接触；和将可旋转元件插入开口中，使得至少两个滑动薄片配置在可旋转元件和壳体之间。反过来，可旋转元件仅需要经由第一端部部分和第二端部部分相对于壳体径向支撑。滑动薄片的弯曲和壳体的优化几何形状意味着滑动薄片在内侧的冲击角增大，从而垂直作用在内侧的力增大。这可以增大摩擦力，从而增加大支撑力。它也可以用来调整摩擦路径。可选地，配置滑动薄片包括将滑动薄片固定地连接到壳体或形成与壳体的可释放连接。根据进一步的实施例，滑动薄片配置在可旋转元件和壳体之间的预应力下。也可以通过选定的预应力调整空气轴承的支撑力。...

【技术保护点】
1.一种用于以非接触方式支撑可旋转元件(50)的气体轴承，具有以下特征：/n壳体(100)，其具有用于容纳所述可旋转元件的开口；和/n至少两个滑动薄片(200)，所述滑动薄片(200)不重叠地配置在所述开口的内侧(110)上，并且每个滑动薄片具有用于支撑在所述壳体(100)上的第一端部部分(210)和第二端部部分(220)，/n其中，所述滑动薄片(200)配置为仅通过所述第一端部部分(210)和所述第二端部部分(220)相对于所述壳体(100)径向地支撑所述可旋转元件，其中，所述第二端部部分(220)提供与所述内侧(110)的摩擦接触，并且所述第一端部部分(210)固定到所述壳体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181218 DE 102018132678.51.一种用于以非接触方式支撑可旋转元件(50)的气体轴承，具有以下特征：
壳体(100)，其具有用于容纳所述可旋转元件的开口；和
至少两个滑动薄片(200)，所述滑动薄片(200)不重叠地配置在所述开口的内侧(110)上，并且每个滑动薄片具有用于支撑在所述壳体(100)上的第一端部部分(210)和第二端部部分(220)，
其中，所述滑动薄片(200)配置为仅通过所述第一端部部分(210)和所述第二端部部分(220)相对于所述壳体(100)径向地支撑所述可旋转元件，其中，所述第二端部部分(220)提供与所述内侧(110)的摩擦接触，并且所述第一端部部分(210)固定到所述壳体。


2.根据权利要求1所述的气体轴承，其中，所述滑动薄片(200)中的至少一个是多层的，并且多层的滑动薄片(200)中的各个层在相同侧或相反侧连接到壳体(100)。


3.一种用于以非接触方式支撑可旋转元件(50)的气体轴承，具有以下特征：
壳体(100)，其具有用于容纳可旋转元件的开口；和
多个多层滑动薄片(300)，其中所述多层滑动薄片(300)中的每个配置在开口的内侧(110)上且与相邻的多层滑动薄片不重叠，并且多层滑动薄片(300)的各个层都用第一端部部分(310)固定在壳体(100)上，相对的所述第二端部部分(320)与所述多层滑动薄片(300)的另一层或所述壳体(100)形成摩擦接触；和
其中，所述多层滑动薄片(300)的每一层沿着面向所述可旋转元件(50)的表面在径向截面中形成圆形段。


4.根据前述权利要求中任一项所述的气体轴承，其中，为了增大摩擦接触的摩擦系数和/或摩擦功，至少形成以下特征之一：
第二端部部分(220、320)和/或开口的内侧(110)涂覆有涂层(111、221)，所述涂层(111、221)包含能增大摩擦系数的材料；
第二端部部分(220、320)和/或开口的内侧(110)具有增大的粗糙度；
第二端部部分(220、320)具有轮廓(222)；
第二端部部分(220、320)在径向横截面视图中成角度以形成增大的接触角(α)用于相对于开口的内侧(110)的摩擦接触。


5.根据前述权利要求中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·施魏策尔，M·鲍尔，M·梅纳，M·里肯，P·蔡泽，
申请(专利权)人：达姆施塔特工业大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE