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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Gleitlagerungen. Es handelt sich um eine Gleitlagerung mit kippbar gelagerten Gleitlagersegmenten. Die Erfindung behandelt die gängige Lagerungsaufgabe einer Welle, bei welcher die Hauptbelastungen in axialer Wellenrichtung auftreten. Die auftretenden Radialkräfte sind in besagter Lagerungsaufgabe bezogen auf die Axialkräfte klein. Die Radiallager erfüllen hauptsächlich die Funktion der präzisen Wellenführung.
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Einsatzgebiete dieser Lagerung sind vielfältig. Die Lagerung kann beispielsweise in Wasserturbinen oder Schiffsantrieben gefunden werden.
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Zur Erfüllung der Lagerungsaufgabe sind kippbewegliche Radial- und Axiallagersegmente erforderlich. Nach dem Stand der Technik werden die Lagersegmente unabhängig voneinander kippbar zum feststehenden Gehäuse gelagert. Die kippbare Lagerung der Segmente im Gehäuse ermöglicht eine selbsttätige Einstellung eines Keilspaltes zwischen Segmente rotierender Welle und gewährleistet einen verschleißarmen und sicheren Betrieb.
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Die Grundformen besagter Radialgleitlager sind in DIN 31657 als hydrodynamisches Radialgleitlager in Kippsegmentausführung beschrieben. Die Grundformen der verwendeten Axialgleitlager sind in der VDI 2204 als Hydrodynamisches Schub- oder Axialgleitlager in Kippsegmentausführung mit ebenen Gleitflächen beschrieben.
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Die Lagerung umfasst in axialer Kraftflussrichtung die folgenden umlaufenden Bauteile. Die Welle, eine Lastübertragungseinrichtung, die mit der Welle drehfest verbunden ist, ein Spurring, der mit der Lastübertragungseinrichtung drehfest verbunden ist. Der Spurring stützt sich auf einer Mehrzahl von feststehenden Lagersegmenten ab, und die Lagersegmente stützen sich wiederum auf einem feststehenden Lagerring im Gehäuse ab. Die Segmente sind bevorzugt kippbeweglich ausgeführt um einen zuverlässigen Betrieb der Lagerung auch bei Verschleiß sicherzustellen.
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In radialer Kraftflussrichtung umfasst die Lagerung auf der rotierenden Welle positionierte Radiallagerlaufflächen. Die Radiallagerlaufflächen stützen sich auf Radiallagersegmenten ab. Die Radiallagersegmente stützen sich auf einem Teil des feststehenden Gehäuses ab. Die Segmente sind bevorzugt kippbeweglich ausgeführt um einen zuverlässigen Betrieb der Lagerung auch bei Verschleiß sicherzustellen. Problematisch sind diese Lagerungen gemäß dem Stand der Technik, wenn der Bauraum stark eingeschränkt ist.
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Der Erfindung liegt die Lösung der eingangs beschriebenen Lagerungsaufgabe zugrunde. Wie beschrieben sollen hohe Axiallasten bei präziser Wellenführung erreicht werden, wobei die Radialkräfte verglichen zu den Axialkräften gering ausfallen. Weiterhin wird auf eine platzsparende, konstruktiv einfache und leicht montier- und einstellbare Lösung Wert gelegt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die ursprünglich in getrennten Segmenten realisierte Funktion von Radial- und Axiallager wird in einem Kippsegment vereint. Demgemäß werden zwei oder mehrere Freiheitsgrade der Kippbewegung eines Lagersegments mit zwei oder mehreren Gleitlagerflächen geschaffen.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
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1 zeigt in einem Längsschnitt das Axiallager einer Wasserturbine. Die betreffende Schnittebene ist in 2 wiedergegeben.
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2 zeigt einen achssenkrechten Schnitt durch die besagten kombinierten Lagersegmente, schematisch und gegenüber 1.
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3.1 zeigt 3 perspektivische Darstellung eines Segmentes aus 1 und
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3.2 analog zu 3.1
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3.3 analog zu 3.1
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3.4 analog zu 3.1
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4 zeigt analog zu 2 eine weitere Ausführungsform des kombinierten Lagersegments, wiederum in einem achssenkrechten Schnitt.
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4.1 zeigt analog zu 3 eine weitere Ausführungsform des kombinierten Lagersegments, wiederum in perspektivischer Darstellung
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4.2 Alternative Einstellmöglichkeit des Radiallagerspiels
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5 veranschaulicht schematisch ein Segment in drei verschiedenen Kipppositionen.
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6 zeigt schematisch eine Mehrzahl von Segmenten sowie die axialen und radialen Lauf- beziehungsweise Anlageflächen.
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6.1 Aussparung für Gummizapfen in Lagersegment.
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7 zeigt in perspektivischer Darstellung und vergrößert ein einzelnes Segment mit Vorsprüngen.
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8 zeigt schematisch drei Segmente mit Vorsprüngen.
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9 zeigt ein Segment in Käfigbauweise mit Vorsprüngen.
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10 zeigt ein weiteres Segment in zusammengesetzter Bauweise.
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11 zeigt eine Ausgestaltung des Kipplagers für die Kippbewegung des Segments in axialer oder radialer Richtung.
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In 1 zeigt eine waagerecht angeordnete Welle 1, welche gegenüber dem Gehäuse 18 gelagert ist. Der Schnittverlauf dieser Zeichnung ist in 2 angegeben. Dargestellt ist ein Schnitt durch das Lagersegment 23, welches sowohl als Kippsegment in radialer, als auch in axialer Richtung arbeitet. entsprechend ist eine radiale und eine axiale Lauffläche auch diesem Segment zu finden. Das Segment steht somit in zweifachem Gleitkontakt zur Welle, nämlich zur Radial- und Axiallagerlauffläche 16, 17. Das Segment ist mittels Kipplager in einer radialen Kippachse 8 und einer axialen Kippachse 7 zum Gehäuse 18 beweglich gelagert. Diese Kipplager und ermöglichen die für die Radial- und Axiallagerfunktion erforderlichen Kippbewegungen des Segments.
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Zwischen dem Spurring 3 und dem Gehäuse 18 befinden sich mehrere Segmente 23. Diese sind im vorliegenden Falle in regelmäßigen Abständen auf dem Lagerring 4 angeordnet. Sie sind begrenzt kippbar, wie nachstehend weiter erläutert werden soll.
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In 2 sieht man wiederum die Welle 1, ferner eine Anzahl von Segmenten 23, und das Gehäuse 18, das die Welle 1 umschließt.
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Einander benachbarte Segmente 23 sind mittels Gummizapfen 6 aneinander angeschlossen. Sie bilden eine Kette. Der Schnittverlauf von 2 ist in 1 eingezeichnet.
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Die Segmente 5 weisen Rippen 5.1 auf. Diese ragen in entsprechende Nuten 18.2 im Gehäuse 18 hinein. Zwischen den Rippen 5.1 und den Nuten 18.2 herrscht ein Spiel, sodass eine Kippbewegung des einzelnen Segmentes 23 möglich ist. Vorzugsweise wird der Kamm der Rippe Ballig ausgeführt, um die Kippbewegung zu begünstigen. Im Grund der Nut 18.2 Können Beilagbleche 13 zur Einstellung des Radiallagerspiels eingebracht werden.
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Die Konstruktion erlaubt somit zwei Kippbewegungen. Die Kippachsen für die Axiallagerfunktion 7 ist analog zu 1 eingezeichnet. Die in 1 dargestellte Kippachse für die Radiallagerfunktion steht in 2 normal zur Zeichungsebene und ist somit nur als Kipplager 26 gekennzeichnet.
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In 3.1 sieht man wiederum ein Segment 23 in perspektivischer Darstellung. Dabei ist die Axiallauffläche 10 dem Betrachter zugewandt und die Radiallagerlauffläche 9 verdeckt. Zu sehen ist die Rippe 5.1, welche in der Gehäusenut 18.2 das Segment in tangentialer Richtung fixiert und zugleich die Kippbewegung der kippbeweglichen Radiallagerfunktion im Kipplager 26 ermöglicht. Die zugehörige Kippachse 8 ist ebenfalls eingezeichnet. Ebenfalls zu sehen ist eine Aussparung im Segment für Aufnahme des Gummizapfens 6, welcher wie in 6 dargestellt die Einzelsegmente zu einer Kette verbindet, wes die Montage der Segmente 23 im Gehäuse 18 erleichtert.
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In 3.1 ist wiederum ein Segment 23 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Zu sehen ist die Radiallagerlauffläche 9, die Kippachse für die Kippbewegung der Radiallagerlauffläche 8, die Axiallagerlauffläche 10 und die Kippachse für die Kippbewegung der Axiallagerlagerlauffläche 7.
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Ebenfalls zu sehen ist eine Aussparung im Segment für Aufnahme des Gummizapfens 6.
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In 3.1 ist zeigt ein Segment 23 in perspektivischer Darstellung. In dieser Darstellung ist, neben den zuvor erwähnten Komponenten das Kipplager für die Axiallagerfunktion 25 hervorzuheben. Die Anlagefläche des Kipplagers 25 zum Gehäuse 18 kann als balliger Stempel, Kugelsphäre, oder bei Kunststoffsegmenten als ebene Fläche ausgeführt werden.
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4 und 4.1 zeigen eine alternative Ausgestaltung der Kipplagerung 26 der Segmente 23. Die Segmente 23 werden in tangentialer Richtung über Nuten 5.2 gegenüber dem Gehäuse gehalten. Das Gehäuse wird entsprechend der Nut im Segment so ausgeformt, dass die Kippbewegung des Segments ermöglicht wird. Über Beilagbleche 13 können die Segmente 23 gegenüber der Welle 1 eingestellt werden. Das Radiallagerspiel kann somit eingestellt werden.
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4.2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Einstellmöglichkeit des Radiallagerspiels. Die Segmente 23 können mittels einer Einstellschraube mit Kontermöglichkeit zugestellt werden.
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In 5 sind die Kippmöglichkeiten eines Segmentes 23 veranschaulicht, desgleichen die Lastrichtungen. Pfeil 14 zeigt eine erste Lastrichtung, und Pfeil 15 eine zweite Lastrichtung. Die resultierenden Kippbewegungen sind durch die gestrichelten Linien sowie durch die Winkelangaben α1 und α2 veranschaulicht. Die Gleitrichtung des Segmentes 5 ist durch Pfeil 20 angedeutet. Die Kippbewegung kann beispielsweise über Kugel- oder Elastomergelenke ermöglicht werden.
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In 6 sieht man schematisch eine Reihe von Segmenten 23. Man erkennt ferner eine Axial-Lagerlauffläche 16 und die Radial-Lagerlauffläche 17.
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Die Axial-Lagerlauffläche 16 ist Bestandteil des hier nicht dargestellten Spurrings 3 und die Radial-Lagerlauffläche ist unmittelbar im Anschluss an den Spurring auf der Welle angeordnet.
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7 zeigt wiederum eine Reihe von Segmenten 23.
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Das in 8 dargestellte Segment 23 weist mehrere Vorsprünge auf, welche verschiedene Funktionen erfüllen. Zum einen erfüllen die Vorsprünge die Funktion der Kipplagerung der Axial- und Radiallagerlauffläche gegenüber Gehäuse und Welle. Diese Funktion wird von den Vorsprüngen 25 und 26 erfüllt. Der Vorsprung 27 erfüllt die Funktion eines Verbindungselementes zum nächsten Segment zur Stabilisierung der Segmente zueinander.
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8 zeigt die in 7 erläuterten Segmente im Verbund in einem Schnitt analog 2. Verdeutlicht werden die Verbindungsstellen 27 zwischen den Segmenten, wobei verdeutlicht werden soll, dass die Segmente auch ohne tangentialen Formschluss im Gehäuse 18 eingesetzt werden können. Es ist ausreichend, wenn ein Segment 23 in tangentialer Richtung fixiert wird um die gesamte Kette von Segmenten zu halten.
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9 zeigt ein Segment 5 in Käfigbauweise, wiederum mit den für die Funktion erforderlichen Kipplagern 27 und 26 und einem optionalen Verbindungselement 27 zum nächsten Segment, wenn die Segmente in einer Kette montiert.
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10 zeigt ebenfalls ein Segment 23 mit Bohrungen 5.4, in welche scheibenförmige Einsätze 5.5 eingesetzt sind. Die Einsätze erfüllen die zuvor beschriebenen die für die Funktion erforderlichen Kipplagerstellen 27 und 26 und das optionale Verbindungselement 27 zum nächsten Segment.
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Die Segmente 23 können von jeglicher Form sein. Wesentlich ist, dass Radial-Laufflächen und Axial-Laufflächen mit zugehörigen Kipplagern vorhanden sind, die eine kombinierte Funktion erlauben.
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Die Segmente 23 können zum Beispiel als Würfel oder als Quader ausgebildet sein. Sie können auch hiervon abweichende Formen haben, beispielsweise abgerundete Ecken oder Kanten.
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Die Segmente 23 können aus jeglichem Material bestehen, beispielsweise Stahl, Kunststoff, Keramik.
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Die Kipplager zwischen Gehäuse 18 und Segment 23 können punktartig ausgeführt sein. Beispielsweise durch einen Höcker in der Auflagefläche des Segments 23 im Gehäuse 18, so wie in 11 gezeigt. Höcker 4.1 kann eine halbkugelige Gestalt haben. Höcker 4.1 kann aber auch pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig sein.
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Analog zum Höcker 4.1 im Gehäuse 18 kann das einzelne Segment – alle oder nur einige – eine Aussparung 5.6 aufweisen. Die Kontur der Aussparung 5.6 kann zur Kontur des Höckers 4.1 geometrisch ähnlich sein.
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Es ist aber auch denkbar, die dem Gehäuse 18 zugewandte Fläche des Segmentes 23 völlig eben zu gestalten, das heißt ohne Aussparung 5.6.
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Auch eine geometrische Vertauschung ist denkbar. So kann das Segment 23 einen Höcker aufweisen, und im Gehäuse 18 eine Aussparung der genannten Art aufweisen, oder wiederum eine ebene Tragfläche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Lastübertragungseinrichtung
- 3
- Spurring
- 4
- Lagerring
- 4.1
- Höcker
- 4.2
- Rippe
- 5
- Segment
- 5.1
- Rippe
- 5.2
- Nut
- 5.3
- Vorsprung
- 5.4
- Bohrung
- 5.5
- Einsatz
- 5.6
- Aussparung
- 6
- Gummizapfen
- 6.1
- Aussparung in Segment für Aufnahme des Gummizapfens
- 7
- axiale Kippachse
- 8
- radiale Kippachse
- 9
- radiale Lauffläche
- 10
- axiale Lauffläche
- 11
- Lagerfläche
- 12
- Anschlussfläche
- 13
- Beilageblech
- 14
- erste Lastrichtung
- 15
- zweite Lastrichtung
- 16
- Axial-Lagerlauffläche
- 17
- Radial-Lagerlauffläche
- 18
- Gehäuse
- 18.1
- Gehäusewand
- 18.2
- Nut
- 20
- Gleitrichtung des Segments
- 21
- Schnittebene 1
- 22
- Schnittebene 2
- 23
- Kippsegment mit zwei Kippachsen und zwei Gleitflächen
- 24
- Kipppunkt der Radiallagersegmente
- 25
- Kipplager Axiallager
- 26
- Kipplager Radiallager
- 27
- Verbindungselement zum nächsten Segment
- 28
- Einstellschraube mit Kontermöglichkeit
- 29
- Tragkäfig
- 30
- Lagematerial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 31657 [0004]
- VDI 2204 [0004]
