Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Gleitlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydrostatic sliding bearing according to the preamble of claim 1.
Aus DE 103 05 511 B9 ist ein hydrostatisches Gleitlager bekannt, bei dem zwei ineinander liegende Teil-Kugelflächen vorgesehen sind, zwischen denen hydrostatische Taschen eingesetzt sind. Mit diesem Lager können mit akzeptablen hydraulischen Drücken nur relativ kleine Axial- und Radialkräfte aufgenommen werden.Out DE 103 05 511 B9 is a hydrostatic sliding bearing is known in which two nested part-spherical surfaces are provided, between which hydrostatic pockets are used. With this bearing, only relatively small axial and radial forces can be absorbed with acceptable hydraulic pressures.
Aus DE 2149453 ist ein Schwenklager oder Pendellager mit einem kugelkalottenförmigen konkaven Außenring und einem konvexen Innenring bekannt. Im Außenring sind hydrostatisch beaufschlagbare Lagertaschen vorgesehen. Da Gleitlager in der Regel ein Lagerspiel aufweisen, macht sich dieses bei schnell wechselnden Lastrichtungen sehr nachteilig bemerkbar. Ferner steigt das Moment zur Ausführung der Schwenkbewegung stark mit der Belastbarkeit an.Out DE 2149453 is a pivot bearing or self-aligning bearing with a spherical cap concave outer ring and a convex inner ring known. In the outer ring hydrostatically acted bearing pockets are provided. Since slide bearings usually have a bearing clearance, this makes very quickly noticeable in rapidly changing load directions. Furthermore, the moment to perform the pivotal movement increases greatly with the load capacity.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist vorgesehen, dass symmetrisch zur axialen Mitte des Außenringes jeweils gleich oder unterschiedlich große wirksame Lagertaschen vorgesehen sind. Über den Umfang verteilt sind zudem jeweils mindestens drei voneinander getrennte Lagertaschen angeordnet. Diese hydrostatische Lagerung arbeitet derart, dass zwischen den Anlageflächen von gegeneinander bewegbaren Teilen ein auch bei Belastungsschwankungen aufrechterhaltener, druckfester Ölfilm aufgebaut wird, der einen direkten Kontakt der beiden Anlageflächen zueinander verhindert. Es wird hier ein absolut spielfreies Lager geschaffen. Die Dimensionierung und Anzahl der Lagertaschen dient dazu, die für die Funktion unbedingt erforderlichen Rückstellkräfte zu erzielen. Dabei geht es insbesondere um die Aufnahme von Radialkräften. Wenn axiale Lasten zu kompensieren sind, sind unterschiedlich große Lagertaschen zu wählen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Lagertaschen im Innenring vorzusehen. Nachteilig ist, dass örtliche Druckkonzentrationen, insbesondere von Randdrücken zwischen den Kontaktflächen, bei hohen Belastungen zu Lastkonzentrationen und Verschleiß führen.To avoid these disadvantages, it is provided that symmetrical to the axial center of the outer ring are provided in each case the same or different sized effective storage bags. In addition, at least three mutually separate storage pockets are arranged distributed over the circumference. This hydrostatic bearing works in such a way that a pressure-resistant oil film maintained even under load fluctuations is built up between the contact surfaces of mutually movable parts, which prevents direct contact between the two contact surfaces. It is created here an absolutely play free camp. The dimensioning and number of bearing pockets serves to achieve the restoring forces absolutely necessary for the function. This is particularly about the absorption of radial forces. If axial loads have to be compensated, different sized storage bags have to be selected. In principle, it is also possible to provide the bearing pockets in the inner ring. The disadvantage is that local pressure concentrations, in particular of edge pressures between the contact surfaces, lead at high loads to load concentrations and wear.
Bei auftretenden hohen Lasten und angreifenden Kippmomenten werden deshalb herkömmliche Wälzlager in Form von Pendelrollenlagern verwendet. Dies gilt insbesondere für Rotorlager für Strömungskraftanlagen der Megawatt-Klasse, insbesondere Windkraftanlagen oder Meeresströmungskraftwerke zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer Fluidströmung. Nachteilig an solchen Konzepten ist jedoch der erhöhte Wartungsaufwand, der z. B. im Falle eines Austauschs einer integrierten Teilkomponente entsteht. Unter stark wechselnden Lastbedingungen leiden die Wälzlager allerdings unter Unregelmäßigkeiten in der Abrollung der Wälzkörper in den Wälzlagern. Wechselnde Temperaturen führen zur Verschlechterung der Schmierbedingungen. Die Folge sind hoher Verschleiß und hohe Betriebskosten.When occurring high loads and attacking overturning conventional bearings are therefore used in the form of spherical roller bearings. This applies in particular to rotor bearings for turbomachinery of the megawatt class, in particular wind turbines or ocean current power plants for generating electrical energy from a fluid flow. A disadvantage of such concepts, however, is the increased maintenance, z. B. arises in the case of an exchange of an integrated sub-component. Under strongly varying load conditions, however, the rolling bearings suffer from irregularities in the unrolling of the rolling elements in the rolling bearings. Changing temperatures lead to a worsening of the lubrication conditions. The result is high wear and high operating costs.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein hydrostatisches Gleitlager zu schaffen, das hohe Lasten aufnehmen kann und dabei energieoptimiert arbeitet.The object of the invention is therefore to provide a hydrostatic sliding bearing that can accommodate high loads and thereby works energy-optimized.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Hierdurch wird ein hydrostatisches Gleitlager geschaffen, das eine hydrostatische Lagerung für hohe Lasten erlaubt. Eine elastische Verformbarkeit der hydrostatischen Tragelemente führt im Zusammenwirken mit einem gefertigten radialen Lagerspiel zu einem quasi selbsteinstellenden und energieoptimierten Gleitlager unter äußeren Belastungen.As a result, a hydrostatic sliding bearing is created, which allows a hydrostatic bearing for high loads. An elastic deformability of the hydrostatic bearing elements results in interaction with a manufactured radial bearing clearance to a quasi self-adjusting and energy-optimized sliding bearing under external loads.
Bei Belastungen und insbesondere bei Belastungsschwankungen kann sich der Strömungswiderstand des Dichtspalts ändern, d. h. durch Lastkonzentrationen erhöht sich der Strömungswiderstand im Dichtspalt, da der Dichtspalt enger wird. Fließt ein konstanter Volumenstrom zur Versorgung der hydrostatischen Tragelemente, dann steigt der Öldruck zur Überwindung des erhöhten Strömungswiderstands. Dieser Öldruckanstieg bewirkt eine Veränderung der Lage eines Tragelementes aufgrund seiner elastischen Lagerung. Es kommt zu einer an die jeweilige äußere Belastung angepassten belastungsabhängigen zeitweiligen Rückstellung des jeweiligen hydrostatischen Tragelementes gegenüber der Dichtfläche. Diese Rückstellung führt zu einer Vergleichmäßigung der Druckverteilung im elastischen Gleitlager, da das rückgestellte Tragelement gegenüber benachbarten Tragelementen einen relativen Versatz ausführt, wodurch benachbarte Tragelemente eine erhöhte Tragfunktion übernehmen können. Die Belastung im erfindungsgemäßen Lager wird dadurch auf eine größere Druckzone verteilt.For loads and especially for load fluctuations, the flow resistance of the sealing gap may change, d. H. load concentrations increase the flow resistance in the sealing gap, as the sealing gap becomes narrower. If a constant volume flow flows to supply the hydrostatic load-bearing elements, then the oil pressure rises to overcome the increased flow resistance. This increase in oil pressure causes a change in the position of a support element due to its elastic storage. It comes to a load-dependent temporary provision of the respective hydrostatic support element with respect to the sealing surface adapted to the respective external load. This provision leads to a homogenization of the pressure distribution in the elastic plain bearing, since the recovered support element relative to adjacent support elements performs a relative offset, whereby adjacent support elements can assume an increased support function. The load in the bearing according to the invention is thereby distributed over a larger pressure zone.
Ein Lagerspiel wird gezielt gefertigt. Ein nur kleines gefertigtes Lagerspiel hat zur Folge, dass auch die unbelasteten Taschen maßgeblich an der Reibleistung in dem Gleitlager beteiligt sind und mit ihrem geringen Abstand zur Dichtfläche ebenfalls Pumpleistung verbrauchen. Wird dagegen ein großes Lagerspiel gefertigt, ist die Reib- und Pumpleistung an den nicht belasteten Taschen reduziert.A bearing clearance is purposefully manufactured. A result of a small bearing clearance is that even the unloaded pockets are significantly involved in the friction in the plain bearing and also consume pumping power with their small distance from the sealing surface. If, on the other hand, a large bearing play is produced, the friction and pumping power at the unloaded pockets is reduced.
Das gefertigte Lagerspiel ist erfindungsgemäß mindestens doppelt so groß wie die Höhe des Dichtspalts unter Maximallast. Unter Maximallast ist im Dichtspalt ein tragfähiger Ölfilm vorhanden. Die bevorzugten Höhen des Dichtspalts unter Maximallast liegen im Bereich von vorzugsweise 30 bis 70 μm. Das gefertigte radiale Lagerspiel beträgt vorzugsweise 100 bis 600 μm. Dieses Lagerspiel ermöglicht eine verbesserte energieoptimierte hydrostatische Lagerung für hohe Lasten und langsam drehende Wellen bzw. Trommeln. Die Lastverteilung auf einzelne hydrostatische Taschen verbessert sich bei einem größer gefertigten Lagerspiel durch die elastische Lagerung. Die bei einem kleinen Lagerspiel formangepasste Verteilung der Last auf möglichst mehrere Taschen wird erfindungsgemäß ersetzt durch eine elastisch angepasste Verteilung der Last auf möglichst mehrere Taschen unter Einsatz eines radialen Lagerspiels, das die Eigenleistung des Lagers minimiert.The manufactured bearing clearance according to the invention is at least twice as large as the height of the sealing gap under maximum load. Under maximum load there is a viable oil film in the sealing gap. The preferred heights of the sealing gap below Maximum load are in the range of preferably 30 to 70 microns. The manufactured radial bearing clearance is preferably 100 to 600 microns. This bearing clearance enables improved energy-optimized hydrostatic bearing for high loads and slow rotating shafts or drums. The load distribution on individual hydrostatic pockets improves with a larger bearing clearance through the elastic bearing. The shape adapted to a small bearing clearance of the load on several possible pockets is inventively replaced by an elastically adapted distribution of the load on several possible pockets using a radial bearing clearance, which minimizes the inherent performance of the camp.
Eine elastische Lagerung kann über die Steifigkeit der Lagerteile, insbesondere eines Lagergehäuses, eines Lagerdeckels, eines Lageraußen- oder Lagerinnenringes und/oder eine federnde Montage der hydrostatischen Tragelemente einstellbar sein.An elastic bearing can be adjustable via the rigidity of the bearing parts, in particular a bearing housing, a bearing cap, a bearing outer or inner bearing ring and / or a resilient mounting of the hydrostatic support elements.
Vorzugsweise sind die Tragelemente mehrreihig, insbesondere entlang des Lageraußenringes, angeordnet, damit das Gleitlager sowohl hohe Radial- als auch Axialkräfte aufnimmt und diese möglichst gleichmäßig auf das Gehäuse verteilt. Radialkräfte können den gesamten Umfang überstreichen. Axialkräfte können in beiden Richtungen wirken. Momente werden in diesem sphärischen Gleitlager nicht aufgenommen, d. h. Winkelfehler von wenigen Grad zwischen Welle und Gehäuse sind zulässig.Preferably, the support elements are multi-row, in particular along the bearing outer ring, arranged so that the sliding bearing receives both high radial and axial forces and distributed as evenly as possible on the housing. Radial forces can sweep the entire circumference. Axial forces can act in both directions. Moments are not absorbed in this spherical plain bearing, d. H. Angular errors of a few degrees between shaft and housing are permitted.
Die Ölversorgung der Taschenelemente kann über einen gemeinsamen Ölstrom erfolgen, wozu dann vor jeder Tasche eine Drossel verwendet wird. Drosseln können allerdings bei großen Temperaturschwankungen nicht verwendet werden, da sich dann die Viskosität des Öls zu stark verändert. Vorzugsweise erfolgt die Ölversorgung der Taschenelemente deshalb mit einem konstanten Volumenstrom. Es werden dann Stromteiler eingesetzt, um jeder Tasche einen definierten Ölstrom zuzuführen.The oil supply of the bag elements can be done via a common flow of oil, what then before each bag a throttle is used. However, throttles can not be used with large temperature fluctuations, because then the viscosity of the oil changes too much. Preferably, the oil supply of the pocket elements is therefore carried out with a constant volume flow. There are then used flow divider to supply each bag a defined flow of oil.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments and advantages of the invention will become apparent from the following description and the dependent claims.
1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines teilweise zerlegten hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 shows schematically a perspective view of a partially disassembled hydrostatic slide bearing according to a first embodiment,
2 zeigt schematisch das hydrostatische Gleitlager gemäß 1 ohne Lagerinnenring, 2 schematically shows the hydrostatic slide bearing according to 1 without bearing inner ring,
3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenringes des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 1, 3 schematically shows a perspective view of a bearing outer ring of the hydrostatic sliding bearing according to 1 .
4 zeigt schematisch einen Schnitt des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 1 mit einem Lagerinnenring, 4 schematically shows a section of the hydrostatic sliding bearing according to 1 with a bearing inner ring,
5 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß 4 ohne Lagerinnenring, 5 schematically shows a section according to 4 without bearing inner ring,
6 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß 4 mit einer Welle, 6 schematically shows a section according to 4 with a wave,
7 zeigt schematisch eine Ölversorgung des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 5, 7 schematically shows an oil supply of the hydrostatic sliding bearing according to 5 .
8a zeigt schematisch eine Druckverteilung bei Radial- und Axialbelastung in einem steifen Lager mit 0,2 mm radialem Lagerspiel nach dem Stand der Technik, 8a shows schematically a pressure distribution at radial and axial load in a rigid bearing with 0.2 mm radial bearing clearance according to the prior art,
8b zeigt schematisch eine Druckverteilung bei Radial- und Axialbelastung in einem erfindungsgemäßen Lager mit 0,2 mm radialem Lagerspiel, 8b shows schematically a pressure distribution at radial and axial load in a bearing according to the invention with 0.2 mm radial bearing clearance,
9 zeigt schematisch einen weiteren Schnitt des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 1 ohne Lagerinnenring, 9 schematically shows a further section of the hydrostatic sliding bearing according to 1 without bearing inner ring,
10 zeigt schematisch und teilweise geschnitten ein hydrostatisches Tragelement, 10 shows schematically and partially cut a hydrostatic support element,
11 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenringes eines hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 11 shows schematically a perspective view of a bearing outer ring of a hydrostatic sliding bearing according to a second embodiment,
12 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenringes eines hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 12 shows schematically a perspective view of a bearing outer ring of a hydrostatic sliding bearing according to a third embodiment,
13a zeigt schematisch einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des Gleitlagers in einem unbelasteten Zustand, 13a shows schematically a cross section of a fourth embodiment of the sliding bearing in an unloaded state,
13b zeigt schematisch einen Querschnitt des Gleitlagers gemäß 13a bei einer radialen Belastung. 13b schematically shows a cross section of the sliding bearing according to 13a at a radial load.
Die 1 bis 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Gleitlagers 1 mit einem Lagerinnenring 2 und einem Lageraußenring 3. Der Lagerinnenring 2 ist an einer Welle 4 angeordnet. Wie in 6 dargestellt, ist der Lagerinnenring 2 beispielsweise drehfest an der Welle 4 oder einer Trommel befestigbar. Für die drehfeste Anordnung des Lagerinnenringes 2 an der Welle 4 können bekannte Einrichtungen wie beispielsweise Passfedern verwendet werden. Alternativ können der Lagerinnenring 2 und die Welle 4 als ein Teil gefertigt sein. Bevorzugt ist, dass der Lageraußenring 3 zweiteilig ausgebildet ist, wie in den 1 bis 3 dargestellt. Ferner kann der Lageraußenring 3 aus Teilringen zusammengesetzt sein. Die Montage wird vereinfacht und die beispielsweise beiden Hälften oder Teilringe des Lageraußenringes 3 sind fest miteinander verbindbar.The 1 to 7 show a first embodiment of a hydrostatic sliding bearing 1 with a bearing inner ring 2 and a bearing outer ring 3 , The bearing inner ring 2 is on a wave 4 arranged. As in 6 shown, is the bearing inner ring 2 for example, rotationally fixed to the shaft 4 or a drum fastened. For the non-rotatable arrangement of the bearing inner ring 2 on the shaft 4 known devices such as feather keys can be used. Alternatively, the bearing inner ring 2 and the wave 4 be made as a part. It is preferred that the bearing outer ring 3 two-part is formed, as in the 1 to 3 shown. Furthermore, the bearing outer ring 3 be composed of partial rings. The assembly is simplified and the example, two halves or partial rings of the bearing outer ring 3 are firmly connected with each other.
Der Lageraußenring 3 ist feststehend angeordnet und kann gleichzeitig ein Lagergehäuse bilden. Gemäß 1 sind an dem Lageraußenring 3 vorzugsweise Lagerdeckel 5 angeordnet. Die Lagerung des Lagerinnenringes 2 in dem Lageraußenring 3 erfolgt über eine Anzahl hydrostatischer Tragelemente 6, die an eine Ölversorgung 8 angeschlossen sind. Der Lagerinnenring 2, der Lageraußenring 3 und die hydrostatischen Tragelemente 6 bilden eine Lagereinheit, wobei der Lagerinnenring 2 das drehende Teil bildet.The bearing outer ring 3 is fixed and can simultaneously form a bearing housing. According to 1 are on the bearing outer ring 3 preferably bearing cap 5 arranged. The bearing of the bearing inner ring 2 in the bearing outer ring 3 takes place via a number of hydrostatic support elements 6 attached to an oil supply 8th are connected. The bearing inner ring 2 , the bearing outer ring 3 and the hydrostatic support elements 6 form a bearing unit, wherein the bearing inner ring 2 forms the rotating part.
Die hydrostatischen Tragelemente 6 weisen im Betrieb jeweils mindestens ein Taschenelement 7 mit einem Taschendruck zur Ausbildung eines hydrostatischen Dicht- bzw. Strömungsspalts 9 mit einer dem Taschenelement 7 zugewandten Umfangsfläche 10, 11 des Lagerinnenringes 2 bzw. des Lageraußenringes 3 auf. Eine dieser Umfangsflächen 10, 11 bildet jeweils eine Dichtfläche für die Tragelemente 6. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Tragelemente 6 an dem Lageraußenring 3 gelagert. Die Taschenelemente 7 der Tragelemente 6 sind dann folglich der äußeren Umfangsfläche 10 des Lagerinnenrings 2 als Dichtfläche zugewandt und bilden mit dieser die Dichtspalte 9 einer hydrostatischen Lagerung. Das Schmiermittel bzw. Öl bildet den Tragkörper im Gleitlager 1 und wird dazu zwischen die aufeinander gleitenden Flächen von Taschenelement 7 und Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2 gepresst. Grundsätzlich besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Tragelemente 6 am Lagerinnenring 2 vorzusehen. Die Dichtfläche ist dann die Umfangsfläche 11.The hydrostatic support elements 6 each have at least one pocket element during operation 7 with a pocket pressure to form a hydrostatic sealing or flow gap 9 with a pocket element 7 facing peripheral surface 10 . 11 of the bearing inner ring 2 or the bearing outer ring 3 on. One of these peripheral surfaces 10 . 11 each forms a sealing surface for the support elements 6 , According to the first embodiment, the support elements 6 on the bearing outer ring 3 stored. The bag elements 7 the support elements 6 are then consequently the outer peripheral surface 10 of the bearing inner ring 2 As a sealing surface facing and form with this the sealing gaps 9 a hydrostatic bearing. The lubricant or oil forms the support body in the sliding bearing 1 and will do so between the sliding surfaces of bag element 7 and peripheral surface 10 of the bearing inner ring 2 pressed. In principle, of course, there is also the possibility of the support elements 6 on the bearing inner ring 2 provided. The sealing surface is then the peripheral surface 11 ,
Die Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2 und die Umfangsfläche 11 des Lageraußenringes 3, die eine Anordnungsplattform für die Tragelemente 6 bildet, sind jeweils sphärisch ausgebildet und verlaufen in einem unbelasteten Zustand mit einem Abstand 37 (vgl. 13a) konzentrisch zueinander.The peripheral surface 10 of the bearing inner ring 2 and the peripheral surface 11 of the bearing outer ring 3 , which is an assembly platform for the supporting elements 6 forms are each spherical and extend in an unloaded state with a distance 37 (see. 13a ) concentric with each other.
Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an dem Lageraußenring 3 fest montiert. Wie insbesondere 4 und 5 zeigen, erfolgt die Befestigung der Tragelemente 6 an der Umfangsfläche 11 des Lageraußenringes 3, und zwar beispielsweise über eine Kombination von einem Stift 30 an einem Tragelement 6 und einer Schraube 31, die an dem Lageraußenring 3 befestigbar ist. Der Lageraußenring 3 kann für eine Positionierung der Tragelemente 6 einzelne Aufnahmebohrungen 32 für die Stifte 30 aufweisen. Weiterhin kann eine Verdrehsicherung 33 für die Tragelemente 6 vorgesehen sein. Die Tragelemente 6 besitzen jeweils mindestens ein Taschenelement 7 und eine Kopffläche 34, die sphärisch ausgebildet ist zur Anpassung an die Umfangsfläche 10 als hier im Betrieb drehende Dichtfläche. Vorzugsweise ist auch die Bodenfläche 35 der Tragelemente 6 sphärisch ausgebildet unter Anpassung an die Umfangsfläche 11 des hier feststehenden Lageraußenringes 3. Die Form der Taschen der Taschenelemente 7 ist wählbar. Beispielsweise ist das Taschenelement 7 als eine an die Ölversorgung angeschlossene Ringnut ausgebildet.The hydrostatic support elements 6 are according to the first embodiment of the bearing outer ring 3 firmly mounted. In particular 4 and 5 show, the attachment of the support elements takes place 6 on the peripheral surface 11 of the bearing outer ring 3 , for example, via a combination of a pen 30 on a support element 6 and a screw 31 at the bearing outer ring 3 is fastened. The bearing outer ring 3 can be used for positioning the support elements 6 individual receiving bores 32 for the pins 30 exhibit. Furthermore, an anti-twist device 33 for the supporting elements 6 be provided. The supporting elements 6 each have at least one pocket element 7 and a head area 34 , which is spherical in shape for adaptation to the peripheral surface 10 as here in operation rotating sealing surface. Preferably, the bottom surface is also 35 the support elements 6 spherically formed with adaptation to the peripheral surface 11 of the fixed bearing outer ring here 3 , The shape of the pockets of the bag elements 7 is selectable. For example, the bag element 7 formed as a connected to the oil supply annular groove.
Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind elastisch verformbar und dazu elastisch gelagert angeordnet, und zwar derart, dass der Taschendruck im Taschenelement 7 mindestens eines durch eine äußere Belastung belasteten Tragelementes 6 verformungsbedingte Lagen des Tragelementes 6 generiert, die einen tragfähigen Ölfilm im zugehörigen Dichtspalt 9 aufrechterhalten. Es wird so sichergestellt, dass auch bei Lastkonzentrationen ein tragfähiger Ölfilm vorhanden ist. Das mindestens eine belastete Tragelement 6 führt durch das durch den Dichtspalt 9 gepresste Schmiermittel bei einem zunehmenden Strömungswiderstand im Dichtspalt 9 eine elastische Ausweichbewegung aus. Der Druck im Taschenelement 7 steuert demnach den tragfähigen Ölfilm im Dichtspalt 9 durch Positionsänderungen eines Tragelementes 6 zur Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2.The hydrostatic support elements 6 are elastically deformable and elastically mounted to stored, in such a way that the pocket pressure in the pocket element 7 at least one loaded by an external load supporting element 6 deformation-related layers of the support element 6 generates a sustainable oil film in the associated sealing gap 9 maintained. It is thus ensured that even at load concentrations a viable oil film is present. The at least one loaded support element 6 leads through the through the sealing gap 9 pressed lubricant at an increasing flow resistance in the sealing gap 9 an elastic evasive movement. The pressure in the pocket element 7 thus controls the viable oil film in the sealing gap 9 by changes in position of a support element 6 to the peripheral surface 10 of the bearing inner ring 2 ,
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die elastische Lagerung der Tragelemente 6 durch den Lageraußenring 3 und gegebenenfalls dessen Umgebung. Die elastische Lagerung der Tragelemente 6 kann über die Steifigkeit des Lageraußenringes 3 und gegebenenfalls des Lagerdeckels 5 einstellbar sein. Durch eine Wahl der Dicke und/oder der Form und/oder des Materials des Lageraußenringes 3 und gegebenenfalls des Lagerdeckels 5 kann die elastische Lagerung aller oder einzelner der Tragelemente 6 an die Einsatzbedingungen des Gleitlagers 1 angepasst werden. Die Tragelemente 6 in axialer Richtung können unterschiedlich elastisch gelagert sein. Beispielsweise können die benachbart zum Lagerdeckel 5 angeordneten randseitigen Tragelemente 6 weniger elastisch gelagert sein als beispielsweise mittig angeordnete Tragelemente 6. Die elastische Lagerung kann ferner durch eine lokale elastische Verformung ausbildbar sein, die die äußere Belastung in einen Entlastungsweg eines belasteten Tragelementes 6 umwandelt.According to the first embodiment, the elastic support of the support elements takes place 6 through the bearing outer ring 3 and, where appropriate, its surroundings. The elastic mounting of the support elements 6 can about the stiffness of the bearing outer ring 3 and optionally the bearing cap 5 be adjustable. By a choice of the thickness and / or the shape and / or the material of the bearing outer ring 3 and optionally the bearing cap 5 can the elastic storage of all or individual of the support elements 6 to the conditions of use of the sliding bearing 1 be adjusted. The supporting elements 6 in the axial direction can be stored differently elastic. For example, those adjacent to the bearing cap 5 arranged edge-side support elements 6 be stored less elastic than, for example, centrally arranged support elements 6 , The elastic bearing may also be formed by a local elastic deformation, the external load in a discharge path of a loaded support member 6 transforms.
Die vorstehenden Ausführungen gelten entsprechend, wenn die Tragelemente 6 gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel am (drehenden) Lagerinnenring 2 fest montiert sind.The above statements apply accordingly when the support elements 6 according to an embodiment not shown on (rotating) bearing inner ring 2 are firmly mounted.
Die elastische Lagerung des mindestens einen Tragelementes 6 ist folglich vorzugsweise durch eine reversible Verformung der Anordnungsstelle des Tragelementes 6 unter Einwirkung einer äußeren Belastung ausbildbar. Der Grad der Verformbarkeit ist derart gewählt, dass unter äußerer Belastung eine Druckzone der auf dem Lageraußenring 3 aneinandergereihten Tragelemente 6 sich über mindestens 90° erstreckt. The elastic mounting of the at least one support element 6 is therefore preferably by a reversible deformation of the arrangement point of the support element 6 can be formed under the action of an external load. The degree of deformability is chosen such that under external load a pressure zone of the bearing outer ring 3 lined up supporting elements 6 extends over at least 90 °.
Alternativ oder zusätzlich können die Tragelemente 6 durch eine federnde Montage (nicht dargestellt) der hydrostatischen Tragelemente 6 elastisch gelagert angeordnet sein. Bei einer solchen federnden Montage sind die Tragelemente 6 nicht fest montiert, sondern auf einer mechanischen oder hydraulischen Feder radial und rückstellbar verschiebbar zur Dichtfläche angeordnet. Durch eine Halterung der federnden Montage in dem Lageraußenring 3 oder alternativ in dem Lagerinnenring 2 kann diese elastische Lagerung auch durch die Steifigkeit dieser Lagerteile mit beeinflusst werden.Alternatively or additionally, the support elements 6 by a resilient mounting (not shown) of the hydrostatic support elements 6 be arranged elastically mounted. In such a resilient mounting are the support elements 6 not fixedly mounted, but arranged on a mechanical or hydraulic spring radially and reset displaced to the sealing surface. By a holder of the resilient mounting in the bearing outer ring 3 or alternatively in the bearing inner ring 2 This elastic bearing can also be influenced by the rigidity of these bearing parts.
Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind vorzugsweise zwei- oder mehrreihig angeordnet. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Tragelemente 6 beispielsweise dreireihig angeordnet. Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind ferner vorzugsweise auf einer sphärischen Bezugsfläche, hier der Umfangsfläche 11 des Lageraußenringes 3, dicht gepackt angeordnet, um unterschiedliche radiale und/oder axiale Belastungen aufnehmen zu können. Das axial und radial führende hydrostatische Gleitlager 1 ist dann besonders belastbar.The hydrostatic support elements 6 are preferably arranged in two or more rows. According to the first embodiment, the support elements 6 arranged in three rows, for example. The hydrostatic support elements 6 are also preferably on a spherical reference surface, here the peripheral surface 11 of the bearing outer ring 3 arranged tightly packed to accommodate different radial and / or axial loads can. The axially and radially leading hydrostatic plain bearing 1 is then particularly resilient.
Ein Generieren von Lagen für mindestens ein Tragelement 6 erfolgt unter Vergleichmäßigung der Druckverteilung auf benachbarte Tragelemente 6, wozu ein radiales Lagerspiel 36 zwischen den Kopfflächen 34 der Tragelemente 6 und der jeweiligen Dichtfläche, hier der Umfangsfläche 10, gefertigt wird. Das radiale Lagerspiel 36 zwischen jeweils der Kopffläche 34 der Tagelemente 6 und der als Dichtfläche arbeitenden Umfangsfläche 10, 11 beträgt mindestens das Doppelte des Dichtspaltes 9 unter Maximallast. Der Dichtspalt 9 unter Maximallast besitzt üblicherweise Höhen von 30 bis 70 μm. Das radiale Lagerspiel 36 beträgt vorzugsweise 100 bis 600 μm.Generating layers for at least one support element 6 takes place under equalization of the pressure distribution on adjacent support elements 6 , including a radial bearing clearance 36 between the head areas 34 the support elements 6 and the respective sealing surface, here the peripheral surface 10 , is manufactured. The radial bearing clearance 36 between each of the head surface 34 the tag elements 6 and the circumferential surface acting as a sealing surface 10 . 11 is at least twice the sealing gap 9 under maximum load. The sealing gap 9 under maximum load usually has heights of 30 to 70 microns. The radial bearing clearance 36 is preferably 100 to 600 microns.
Die 8a und 8b zeigen abgewickelt zwischen 0° und 360° die einzelnen Taschendrücke der in drei Reihen angeordneten Tragelemente 6 für eine beispielhafte äußere Belastung mit axialem und radialem Lastfall. Eine Gegenüberstellung der als Säulen dargestellten Taschendrücke für die Tragelemente 6 in einem steifen Lager nach dem Stand der Technik gemäß 8a und in einem erfindungsgemäßen elastischen Lager gemäß 8b mit gleichem radialem Lagerspiel 36 von 200 μm zeigt, dass erfindungsgemäß eine größere Anzahl Tragelemente 6 zur Ableitung von Druckbelastungen wirksam ist. Nach dem Stand der Technik (vgl. 8a) sind dies radial im Wesentlichen nur zwei Tragelemente mit einer Druckaufnahme über 50 bar. Erfindungsgemäß (vgl. 8b) sind dies dagegen radial sechs Tragelemente 6 mit einer Druckaufnahme über 50 bar. Auch axial zeigt das erfindungsgemäße Gleitlager eine erweitere Druckzone unter äußerer Belastung.The 8a and 8b show unwound between 0 ° and 360 °, the individual pocket pressures of arranged in three rows support elements 6 for an exemplary external load with axial and radial load case. A comparison of the bag pressures shown as columns for the support elements 6 in a rigid bearing according to the prior art according to 8a and in an inventive elastic bearing according to 8b with the same radial bearing clearance 36 of 200 microns shows that according to the invention a larger number of support elements 6 is effective for the derivation of pressure loads. According to the prior art (see. 8a ) are radially substantially only two support members with a pressure greater than 50 bar. According to the invention (cf. 8b ), however, these are radially six support elements 6 with a pressure of over 50 bar. Also axially, the sliding bearing according to the invention shows an extended pressure zone under external load.
Die Tragelemente 6 sind an mindestens eine Hochdruckpumpe einer Ölversorgung angeschlossen. Die mindestens eine Hochdruckpumpe fördert einen konstanten Ölstrom und der Pumpendruck stellt sich je nach Höhe des Dichtspaltes 9 ein, damit die Fördermenge konstant bleibt.The supporting elements 6 are connected to at least one high-pressure pump of an oil supply. The at least one high pressure pump delivers a constant flow of oil and the pump pressure is depending on the height of the sealing gap 9 one, so that the flow rate remains constant.
Die hydrostatischen Tragelemente 6 können dazu an einen gemeinsamen Ölstrom (nicht dargestellt) angeschlossen sein. Die dann erforderlichen Drosseln vor den Taschenelementen besitzen eine an die Viskosität des Öls angepasste Einstellung. Die Viskosität ist temperaturabhängig.The hydrostatic support elements 6 can be connected to a common oil flow (not shown). The chokes then required in front of the pocket elements have an adjustment adapted to the viscosity of the oil. The viscosity is temperature dependent.
Bei einem Einsatz des Gleitlagers 1 in einem breiten Temperaturbereich ist deshalb eine Ölversorgung 8 bevorzugt, wie sie beispielsweise in 7 dargestellt ist. Danach sind die hydrostatischen Tragelemente 6 an eine Ölversorgung 8 angeschlossen, die über Stromteiler 12 den Taschenelementen 7 einen konstanten Volumenstrom zuführt. Die höchste Tragfähigkeit lässt sich bei Gleitlagern 1 erreichen, wenn im Dichtspalt 9 bzw. Schmierspalt ein tragfähiger Ölfilm vorhanden ist. Die mindestens eine Hochdruckpumpe 13, 14, 15 presst das Schmiermittel bzw. Öl mit einem konstanten Volumenstrom in die Taschenelemente 7 der Tragelemente 6. Je nach Belastung einzelner Tragelemente 6 und damit verbundener Änderung des Strömungswiderstandes zwischen dem Taschenelement 7 und der Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2 ändert sich der Taschendruck. Dies bedeutet, dass der Druck in der Tasche abhängig von der jeweiligen Belastung steigt bei konstantem Volumenstrom.When using the sliding bearing 1 in a wide temperature range is therefore an oil supply 8th preferred, as for example in 7 is shown. After that are the hydrostatic support elements 6 to an oil supply 8th connected via power splitters 12 the bag elements 7 supplies a constant volume flow. The highest load capacity can be found in plain bearings 1 reach when in the sealing gap 9 or lubricating gap a viable oil film is present. The at least one high-pressure pump 13 . 14 . 15 presses the lubricant or oil into the bag elements at a constant volume flow 7 the support elements 6 , Depending on the load of individual support elements 6 and associated change in flow resistance between the pocket member 7 and the peripheral surface 10 of the bearing inner ring 2 the bag pressure changes. This means that the pressure in the bag increases depending on the load at constant volume flow.
Steigt die Belastung an, so verringert sich die Höhe des Dichtspaltes 9. Damit erhöht sich der Strömungswiderstand und mit ihm der Öldruck. In dem Taschenelement 7 stellt sich ein erhöhter Druck ein, der der erhöhten äußeren Belastung folgt.If the load increases, the height of the sealing gap is reduced 9 , This increases the flow resistance and with it the oil pressure. In the bag element 7 an increased pressure follows, which follows the increased external load.
Vorzugsweise ist für jede Reihe an Tragelementen 6 ein Leitungsbündel 16, 17, 18 vorgesehen, das einer Hochdruckpumpe 13, 14, 15 mit zugehörigem Stromteiler 12a, 12b, 12c zugeordnet ist, die das Öl (Betriebsfluid) ständig auf den dem gewünschten hydrostatischen Druck entsprechenden Arbeitsdruck bringt. Die drei Hochdruckpumpen 13, 14, 15 sind jeweils Konstantmengenpumpen. Der Arbeitsdruck stellt sich auf das erforderliche Niveau ein. Aufwand für Zufuhr, Rückführung und eventuell Kühlung des im Dichtspalt 9 erwärmten Öls ist bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten gering.Preferably, for each row of support elements 6 a trunk group 16 . 17 . 18 provided, that of a high-pressure pump 13 . 14 . 15 with associated flow divider 12a . 12b . 12c is associated, which brings the oil (operating fluid) constantly to the desired hydrostatic pressure corresponding to the working pressure. The three high pressure pumps 13 . 14 . 15 are each constant-volume pumps. The working pressure adjusts to the required level. Effort for supply, return and possibly cooling of the sealing gap 9 heated oil is low at low sliding speeds.
Das während der Drehung am Umfangsrand der Taschen austretende Öl gelangt über nicht gezeigte Auffangrinnen und Leitungen 19 in einen Kreislauf 20 in die Hochdruckpumpe 13, 14, 15 zurück.The emerging during the rotation at the peripheral edge of the pockets oil passes through gutters, not shown, and lines 19 in a cycle 20 in the high pressure pump 13 . 14 . 15 back.
Um die Lasten am Gleitlager 1 in allen Richtungen zu jeder Zeit aufnehmen zu können, müssen alle hydrostatischen Taschenelemente 7 permanent mit Öl durchströmt werden. Den Taschenelementen 7 der Tragelemente 6 wird folglich mit Hilfe der Hochdruckpumpen 13, 14, 15 über die Leitungsbündel 16, 17, 18 Öl als Druckmedium zugeführt. In den Taschen baut sich ein so hoher Druck auf, dass das Öl an den Taschenelementen 7 nach außen tritt. Ein die Reibung weitgehend aufhebender Ölfilm der Dicke h, d. h. der Dichtspalt 9, entsteht. Die Trennung durch den Ölfilm sorgt für eine völlige Verschleißfreiheit der Lagerung der Welle 4 in dem Gleitlager 1. Leichtgängig wird das hydrostatische Gleitlager 1 durch größere Dichtspalthöhen und/oder einem gefertigten Lagerspiel. Das Lagerspiel führt dazu, dass nur dort tragende Ölfilme gebildet werden, wo Lastkonzentrationen auftreten würden. Die übrigen unbelasteten Tragelemente 6 weisen Dichtspalte 9 auf, die durch ein gefertigtes Lagerspiel quasi drucklos gestellt werden können und damit an der Reibleistung in dem Gleitlager 1 nicht mehr beteiligt sind und mit ihrem großen Abstand zur Umfangsfläche 10 kaum Pumpleistung verbrauchen. Die Reib- und Pumpleistung an den nicht belasteten Taschenelementen 7 kann so auf ein Minimum reduziert werden. Ferner werden die maximal auftretenden hydraulischen Drücke durch die Vergleichmäßigung stark reduziert, wodurch geringere Volumenströme für einen geforderten minimalen Dichtspalt 9 ausreichen. Das wirkt sich ebenfalls reduzierend auf die Pumpleistung aus.To the loads on the plain bearing 1 All hydrostatic pocket elements must be able to absorb in all directions at all times 7 to be flowed through permanently with oil. The bag elements 7 the support elements 6 is thus using the high pressure pumps 13 . 14 . 15 over the trunk groups 16 . 17 . 18 Oil supplied as a pressure medium. In the pockets, such a high pressure builds up that the oil on the bag elements 7 steps outward. A frictional largely repealing oil film of thickness h, ie the sealing gap 9 , arises. The separation by the oil film ensures complete freedom from wear of the bearing of the shaft 4 in the plain bearing 1 , The hydrostatic slide bearing becomes smooth 1 by larger sealing gap heights and / or a manufactured bearing clearance. The bearing clearance means that only there bearing oil films are formed, where load concentrations would occur. The remaining unloaded support elements 6 have sealing gaps 9 on, which can be quasi set by a manufactured bearing clearance and thus at the friction in the plain bearing 1 are no longer involved and with their large distance to the peripheral surface 10 hardly use pump power. The friction and pumping power at the non-loaded pocket elements 7 can be reduced to a minimum. Furthermore, the maximum occurring hydraulic pressures are greatly reduced by the homogenization, whereby lower flow rates for a required minimum sealing gap 9 suffice. This also has a reducing effect on the pumping power.
Die 13a und 13b zeigen ein vereinfacht dargestelltes Gleitlager 1 im unbelasteten Zustand, um das gefertigte radiale Lagerspiel 36 zu verdeutlichen, das den Abstand zwischen dem kopfseitigen Ende eines Tragelementes 6 und der Dichtfläche, die hier von der Umfangsfläche 10 gebildet wird, konstruktionsbedingt bestimmt. Der Dichtspalt 9 unter Maximallast bildet sich erst bei einer Belastung und bei einer Ölversorgung aus, wie 13b verdeutlicht. Je größer das radiale Lagerspiel 36 ist, desto weiter öffnen sich die quasi drucklosen Dichtspalte 9.1.The 13a and 13b show a simplified plain bearing 1 in the unloaded state, the manufactured radial bearing clearance 36 to clarify that the distance between the head end of a support element 6 and the sealing surface, here by the peripheral surface 10 is formed, determined by design. The sealing gap 9 under maximum load forms only at a load and an oil supply, such as 13b clarified. The larger the radial bearing clearance 36 is, the further open the quasi-pressure-tight sealing gaps 9.1 ,
Die Lastverteilung auf einzelne hydrostatische Tragelemente 6 wird erfindungsgemäß vergleichmäßigt durch eine Verbreiterung der Druckzone, d. h. Erhöhung der Anzahl Tragelemente 6, auf die eine äußere Belastung verteilt wird. Dazu ist das Gleitlager 1 elastisch verformbar ausgebildet, so dass unter Last eine reversible Anpassung der Tragelemente 6 an den drehenden Lagerinnenring 2 erfolgt und damit die Druckzone im Gleitlager 1 erweitert und vergleichmäßigt wird. Das erfindungsgemäße Gleitlager 1 ist deshalb besonders gut geeignet zur Aufnahme von kurzfristigen Belastungsschwankungen, wie sie beispielsweise durch Windböen bei Rotor-/Generatorbaugruppen einer Windenergieanlage auftreten. Das erfindungsgemäße Gleitlager 1 kann unter solchen Bedingungen zudem energieoptimiert arbeiten, da Pumpleistung und Reibleistung konstruktiv minimiert wurden.The load distribution on individual hydrostatic load-bearing elements 6 is evened according to the invention by broadening the print zone, ie increasing the number of support elements 6 to which an external load is distributed. This is the plain bearing 1 formed elastically deformable, so that under load, a reversible adjustment of the support elements 6 to the rotating bearing inner ring 2 takes place and thus the pressure zone in the plain bearing 1 expanded and evened out. The sliding bearing according to the invention 1 is therefore particularly well suited for absorbing short-term load fluctuations, as they occur, for example, by wind gusts in rotor / generator assemblies of a wind turbine. The sliding bearing according to the invention 1 can also work under such conditions energy-optimized, since pumping capacity and friction were minimized constructively.
Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind vorzugsweise als Teller ausgeführt. Teller sind ein einfaches und kostengünstiges Drehteil. Die Tellerdicke wird eng toleriert, damit die Druckunterschiede aufgrund der Dickentoleranz minimiert werden können. Zusätzlich können die Teller einzeln vermessen und sortiert in den Lageraußenring 3 eingebaut werden, so dass die ähnlich dünnsten Teller und die ähnlich dicksten Teller benachbart angeordnet sind. So ergibt sich zwar eine geringe Exzentrizität der Welle 4 im Gleitlager 1, die Druckunterschiede aufgrund von Fertigungstoleranzen werden aber minimiert.The hydrostatic support elements 6 are preferably designed as a plate. Plates are a simple and inexpensive rotary part. The plate thickness is tightly tolerated so that the pressure differences due to the thickness tolerance can be minimized. In addition, the plates can be individually measured and sorted into the bearing outer ring 3 be installed so that the similar thinnest plate and the similar thickest plate are arranged adjacent. This results in a slight eccentricity of the shaft 4 in the plain bearing 1 However, the pressure differences due to manufacturing tolerances are minimized.
11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleitlagers 1, bei dem die hydrostatischen Tragelemente 6 zweireihig angeordnet sind. Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen hier entsprechend. Eine solche zweireihige Anordnung der hydrostatischen Tragelemente 6 ist hinreichend, wenn eine axiale Belastung gering ist. 11 shows a second embodiment of a sliding bearing 1 in which the hydrostatic support elements 6 arranged in two rows. Otherwise, the above statements apply accordingly. Such a double row arrangement of the hydrostatic support elements 6 is sufficient if an axial load is low.
12 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Gleitlagers, bei dem die hydrostatischen Tragelemente 6 dreireihig angeordnet sind. Die Tragelemente 6 sind hier mit unterschiedlich großen Taschenelementen 7 ausgebildet. Die randseitig angeordneten Tragelemente 6 sind beispielsweise mit kleineren Taschenelementen 7 ausgebildet als mittig angeordnete Tragelemente 6. 12 shows a third embodiment of a sliding bearing, in which the hydrostatic support elements 6 arranged in three rows. The supporting elements 6 are here with different sized bag elements 7 educated. The edge arranged support elements 6 are for example with smaller bag elements 7 designed as centrally arranged support elements 6 ,
Die Materialpaarungen für das Gleitlager 1 werden nach tribologischen Eigenschaften gewählt. Für den Lageraußenring 3 und den Lagerinnenring 2 ist als Material Stahl oder Guss bevorzugt. Für die Tragelemente 6 ist als Material Bronze bevorzugt.The material pairings for the sliding bearing 1 are chosen according to tribological properties. For the bearing outer ring 3 and the bearing inner ring 2 is preferred as a material of steel or cast. For the supporting elements 6 is preferred as a material bronze.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10305511 B9 [0002] DE 10305511 B9 [0002]
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DE 2149453 [0003] DE 2149453 [0003]
