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Segmentgleitlager für in beiden Bewegungsrichtungen arbeitenden Maschinen
Die Erfindung bezieht sich auf ein aus einzelnen Segmenten gebildetes Gleitlager, das bei reversierbaren Maschinen, d. h. bei Maschinen, die in beiden Drehrichtungen arbeiten, angewendet wird.
Die Anordnung einzelner Segmente, bei welcher diese kippbar mit starren Stützelementen so gelagert sind, dass zwischen den Gleitflächen der Segmente und des Läufers (Zapfens) eine optimale Schmierschicht entsteht, ist bekannt. Bei der Bewegung (Drehung) des Läufers. nimmt die Schmiermittelschicht bzw. der ölfilm eine keilartige Form an, in der der wirksame Flüssigkeitsdruck in Bewegungsrichtung zunimmt. Die Resultierende der Druckkräfte im Schmierfilm verschiebt sich aus der Symmetrieachse des Segments um einen gewissen Betrag bzw. bei Erreichung einer gewissen Exzentrizität, nach dem Einsetzen des Gleitens, in Bewegungsrichtung. Die Lage der Resultierenden der Druckkräfte bestimmt den Ort der starren Abstützung des Segmentes.
Die bisherige Anordnung der starren Abstützung der kippbar gelagerten Segmente ist nur für eine einzige Dreh-bzw. Bewegungsrichtung günstig. Demgegenüber kann die Anordnung bei reversierbaren Maschinen, d. h. bei in beiden Dreh-oder Bewegungsrichtungen arbeitenden Einrichtungen nicht angewendet werden, da sich im zweiten Drehsinn kein optimaler Schmierspaltkeil ausbilden kann. Es sind auch bereits Lager der gegenständlichen Type bekannt, bei denen die kippbaren Segmente je nach Drehrichtung nach der einen oder nach der andern Seite kippen und auf diese Weise die Ausbildung eines günstigen Schmierkeiles bei beiden Drehrichtungen ermöglichen.
Diese Lager konnten jedoch nicht restlos befriedigen. Die erfindungsgemässen Segmentgleitlager für in beiden Bewegungsrichtungen arbeitenden Maschinen stellen nun eine wesentliche Verbesserung solcher Lager dar, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass das einzelne Segment an mindestens einem seiner beweglichen Arme mit einer Bohrung und mit einem in diese verschiebbar eingesetzten Kolben versehen ist, die sich an der festen Grundfläche abstützen, wobei die Bohrungen oberhalb der Kolben mit dem Raume der keilförmigen Schmiermittelschicht mittels Kanäle verbunden sind.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist das einzelne Kippsegment im wesentlichen symmetrisch an der festen Stütze abgestützt, wobei jeder Arm des Segments mit mindestens einer Bohrung und mit Druckkolben sowie mit Verbindungskanälen versehen ist.
Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal können die Bohrungen im Raum oberhalb der Kolben ausser mit den Verbindungskanälen noch über Absperr- oder Regulierorgane mit einem andern Druckraum verbunden sein.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 das bekannte Prinzip der Abstützung eines einzelnen Segments bei einem einzigen festgelegten Drehsinn, Fig. 2 ein Schaubild des Druckverlaufes in der Schmierschicht entlang eines Segments gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht der Anordnung aller Segmente in einem Drucklager, Fig. 4 und 6 je ein Ausführungsbeispiel des Erfindung gegenstandes, d. h. eine Segmentausführung für ein wendefähiges Gleitlager, bei einer Dreh-oder Bewegungsrichtung und die Fig. 5 und 7 die gleichen Ausführungsbeispiele bei entgegengesetzter Drehrichtung.
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Gestalt kippbar gelagert, so dass es in beiden Richtungen schwenken kann.
Das Gleitlager ist in einem Schmiermittelbad, z. B. in einem Ölbad angeordnet,, und auf seine einzelnen Segmente 3 entfällt nur ein gewisser, durch die Segmentzahl bestimmter Anteil der gesamten Lagerlast (Fig. 3).
Bei der Bewegung des Läufers oder Zapfens 1 in Richtung des Pfeiles 6 entsteht in bekannter Weise, infolge der Wirkung der Abrundung der Eintrittskante 7 des Segments und der Zähigkeitskräfte des Schmiermittels zwischen der Gleitfläche 2 des Läufers 1 und den Gleitflächen 5 der Segmente 3 eine keilförmige Schmiermittelschicht 8. Dabei hebt sich der Läufer 1 einigermassen von den Segmenten ab, und das Segment 3 kippt um die feste Stütze 4. Die keilförmige Schmiermittelschicht 8 hat an der Eintrittsstelle die Höhe H und an der Austrittsstelle die Höhe ho. Der Druck in der keilförmigen Schmiermittelschicht 8 wächst in Richtung von der Eintrittskante 7 zurAustrittskante 9 des Segments 3, d. h. in Bewegungsrichtung des Zapfens oder Läufers 1.
Der ungefähre Druckverlauf in der keilförmigen Schmiermittelschicht 8 ist im Schaubild (Fig. 2) veranschaulicht. Der Druckverlauf in der keilförmigen Schmiermittelschicht ist nicht gleichförmig um die Symmetrieebene 0 des Segments 3 verteilt. In Richtung von der Symmetrieebene 0, die durch den Mittelpunkt 12 des Segments 3 verläuft, zur Austrittskante 9 hin, wirken erheblich höhere Drücke auf das Segment 3. Die Resultierende P der auf das Segment 3 wirkenden Drük- ke ist um die Exzentrizität e von der Mitte 12 des Segments 3 verschoben. Die Resultierende P der Drücke bestimmt die richtige Lage der festen Stütze 4 in bezug zur Symmetrieebene 0 des Segments 3. Die beschriebene Anordnung des Segments 3 ist nur für ein Lager mit einer einzigen Dreh- bzw. Bewegungsrichtung verwendbar, wie in Fig. 1 gekennzeichnet.
Gemäss der für Lager wendefähiger Maschinen bestimmten Ausführungen des Segments nach Fig. 4 und 5 ist die feste Stütze 4 von der Symmetrieebene des Segments 3 um die Länge a entfernt, die allgemein grösser als die Exzentrizität e nach Fig. 1 für einen einzigen Bewegungssinn ist. An der entgegengesetzten Seite von der Symmetrieebene 0, d. h. am längeren Schwenkarm des Segmentes 3, ist im Segment 3 eine nicht durchgehende Bohrung 14 angeordnet, deren Öffnung sich in Richtung von der Gleitfläche 5 des Segments 3 weg befindet und deren Längsachse zur Gleitfläche 5 des Segments 3 im wesentlichen senkrecht verläuft. In der Bohrung 14 ist ein Kolben 15 verschiebbar untergebracht, der sich mit seinem herausragenden, abgerundeten Ende an einer festen Grundfläche 16 abstützt.
Die Bohrung 14 ist oberhalb des Kolbens 15 durch einen Kanal 17 mit dem Raum des Schmiermittelkeils 8 verbunden, u. zw. vorwiegend im Bereich der
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Bei der Bewegung des Zapfens oder Läufers 1 im Sinne des Pfeiles 6 entsteht in gleicher Weise, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben, zwischen dem Segment 3 und dem Läufer 1 eine keil förmige Schmiermittelschicht 8. Zur Erhaltung des optimalen Verhältnisses H/ho des Schmierschichtkeiles muss ein Kippmoment von der Grösse P. e auf das Segment 3 ausgeübt werden, wobei P die Resultierende der auf die Fläche des einzelnen Segmentes 3 wirkenden Druckkräfte ist und e die Exzentrizität, d. h. die Länge, um die die Resultierende der Druckkräfte P aus der Symmetrieachse des Segments verschoben ist. Für den Gleichgewichtszustand des Segments 3 gelten nachfolgende Gleichungen.
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rung 14 bedeuten. Die Kraft P2 ruft das ausgleichende Kippmoment hervor, das durch die Kraft des Kolbens 15 und der Länge des Armes b bestimmt ist.
Aus den angeführten Gleichungen kann die Kraft auf den Kolben P ermittelt und hiedurch seine Fläche F bestimmt werden, falls der Ort der Anzapfung der Schmiermittelschicht mittels des Verbindungskanals 17 richtig, d. h. so gewählt wird, dass hier im einen Drehsinn der Druck P2 und im andern Drehsinn aber der Druck p'
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wirkt. Zwecks richtigem Einstellen der Drücke P2 bzw. p, auf die Kolben 15, als auch zur Erleichterung des Anfahrens sind die Räume der Bohrungen 14 oberhalb derKolben 15 mit einem Regulier- oder Absperrorgan 18 verbunden, wodurch eine Verbindung dieser Räume mit ändern Räumen oder der Umgebung hergestellt werden kann.
Bei Änderung des Drehsinnes der Maschine, d. h. bei Rotation des Läufers oder Zapfens 1 in der entgegengesetzten Richtung (Pfeil 6'in Fig. 5), kippt das Segment 3, als Folge der Änderung des Druckverlaufes entlang seiner Gleitfläche 5 im Uhrzeigersinn, so dass das Verhältnis H/ho für optimale Gleiteigenschaften auch für den Rückwärtslauf erhalten bleibt.
Die Ausführung gemäss Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der beschriebenen Konstruktion dadurch, dass die feste Stütze 4 symmetrisch, d. h. in der durch die Mittelachse 12 des Segments 3 ver* laufenden Ebene angeordnet ist. Die Kolben 15 und 15'sind gleichfalls symmetrisch zur Ebene 0 an den beiden Armen des Segments 3 angeordnet. Sind an jeder Seite mehrere Kolben angeordnet, befinden sich diese längs der Eintrittskante 7 und der Austrittskante 9 des Segments 3. Infolge des Druckunterschiedes in der keilförmigen Schmiermittelschicht 8 und damit auch in den Bohrunggen 14. 14'wirken auf die Kolben 15, 15'auch verschiedene grosse Kräfte, deren resultierendes Kippmoment das Segment 3 im Dreh- bzw.
Bewegungssinn des Zapfens oder Läufers 1 ausschwenkt, ähnlich wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Anordnung eines erfindungsgemässen Segmentgleitlagers ermöglicht die Anwendung höherer spezifischer Flächendrücke bei in beiden Bewegungsrichtungen arbeitenden Maschinen, verringert die Abmessungen, als auch die Verlustleistungen des Lagers und erhöht die Betriebssicherheit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Segmentgleitlager für in beiden Bewegungsrichtungen arbeitenden Maschinen, bestehend aus einzelnen kippbar auf festen Stützen gelagerten, mit einem SchmiermitteL umgebenen Segmenten, die im Raum zwischen dem Läufer (oder Zapfen) und den Segmentgleitflächen eine keilförmige Schmiermittelschicht bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Segment 3 an mindestens einem seiner beweglichen Arme mit einer Bohrung (14, 14') und mit einem in diese verschiebbar eingesetzten Kolben (15,15') versehen ist, die sich an der festen Grundfläche (16) abstützen, wobei die Bohrungen (14,14') oberhalb der Kolben (15,15') mit dem Raume der keilförmigen Schmiermittelschicht (8) mittels Kanälen (17, 17') verbunden sind.
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segment (3) im wesentlichen symmetrisch an der festen Stütze (4) abgestützt ist, wobei jeder Arm des Segments (3) mit mindestens einer Bohrung (14,14') und mit Druckkolben (15, 15') sowie mit Verbindungskanälen (17,17') versehen ist.