DE102017120578A1

DE102017120578A1 - Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager

Info

Publication number: DE102017120578A1
Application number: DE102017120578.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Rasch; Peter Besler
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-07
Also published as: WO2019048253A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle mit einem Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und einer Mehrzahl beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten und sich über eine Stützstruktur am Lagergehäuse gegenüber diesem bewegbar abstützenden Kippsegmenten, wobei das einzelne Kippsegment eine radial innere zur Lagerachse weisende Lagerfläche und eine radial äußere Fläche mit einem Abstützbereich zum zumindest mittelbaren Abstützen über die Stützstruktur an dem Lagergehäuse, aufweist und mit einer Schmiermedienzufuhr in den Bereich der Lagerfläche eines Kippsegmentes und mit zumindest einer an wenigstens einem Kippsegment an der Lagerfläche vorgesehener Ausnehmung zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium zum Anheben der zu lagernden Welle. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Lagerflächen aller Kippsegmente Ausnehmungen zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium vorgesehen sind, die jeweils mit einer Druckmediumquelle/-senke strömungstechnisch unter Ausbildung eines Druckmedium-Versorgungssystems verbindbar sind, wobei im Druckmedium-Versorgungssystem zumindest eine Einrichtung zum separaten Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager, insbesondere ein Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Grundaufbau eines derartigen Lagers ist durch ein Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung charakterisiert, wobei das Lagergehäuse ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Des Weiteren ist eine Mehrzahl von relativ zum Lagergehäuse bewegbar und beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten Kippsegmente vorgesehen. Die Kippsegmente sind dabei zumindest in Umfangsrichtung um die Lagerachse betrachtet kippbeweglich über eine Stützstruktur am Lagergehäuse abgestützt. Das einzelne Kippsegment weist eine bezogen auf die Lagerachse radial innere Fläche auf, welche als Gleitfläche für den zu lagernden Körper dient. Ferner weist das Kippsegment eine radial äußere Fläche auf, die sich wenigstens mittelbar an dem Lagergehäuse abstützt, vorzugsweise direkt über die Stützstruktur. Derartige Lager sind als Gleitlager konzipiert. Bei Betrieb des Gleitlagers gleitet dabei die Gleitfläche des zu lagernden Körpers, insbesondere die um die Längsachse drehbare Welle, auf den Gleitflächen bildenden Lagerflächen der Kippsegmente. Zur Reduzierung der Reibung und damit Verminderung des Verschleißes wird ein Schmierfilm zwischen der zu lagernden Welle und der Gleitfläche am Kippsegment eingebracht. Dabei liegt die Welle im Stillstand exzentrisch an den unteren Segmenten auf. Mit zunehmender Drehzahl wird der Schmierstoff in den Spalt zwischen dem Kippsegment und der Welle gezogen und die Welle angehoben. Ein zentrischer Lauf der Welle stellt sich jedoch nur bei hohen Drehzahlen und geringen Lagerkräften ein. Derartige Lager werden insbesondere für Industrieanwendungen zur Lagerung der Wellen von Rotoren eingesetzt. Um auch beim Anfahren oder im sogenannten Turn-Betrieb, bei welchem die Rotoren z.B. von Dampfturbinen während der Stillstandperioden der Anlage zur Vermeidung eines Durchhängens und Verformen beim Abkühlen langsam verdreht werden, die Vorteile der Gleitreibung zu haben und einen direkten Kontakt zwischen den Oberflächen von zu lagernder Welle und Kippsegment zu vermeiden, ist es vorgesehen, an den in Schwerkraftrichtung unterhalb der Lagerachse positionierten Kippsegmenten entsprechende als Hydrauliktaschen fungierende Ausnehmungen auszubilden, welche mit Druckmittel beaufschlagt werden und somit ein Anheben der zu lagernden Welle von der entsprechenden Gleitfläche am Kippsegmentlager auch bei langsamen Geschwindigkeiten bewirken. Derartige Lager sind in den unterschiedlichsten Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt. Stellvertretend wird auf nachfolgende Druckschriften verwiesen:

Ein Kippsegmentlager ist aus der Druckschrift US 5,743,654 vorbekannt. Bei dieser erfolgt die Versorgung mit dem zum Schmierfilmaufbau zwischen radial innerer Fläche des Kippsegmentes und Umfangsfläche der zu lagernden Welle erforderlichen Schmiermedien über einen radial äußeren umlaufenden, mit Schmiermedien befüllbaren Ringkanal. Die einzelnen Kippsegmente sind mit einer mit Druckmittel befüllbaren Ausnehmung zum hydrostatischen Anheben einer zu lagernden Welle beim Anlaufen ausgestattet. Dabei weist jedes der Kippsegmente eine derartige Ausnehmung an der Lagerfläche auf, die mit dem Ringkanal gekoppelt ist. Alle Kippsegmente werden gleichmäßig mit Schmiermedien versorgt.
Die Druckschrift EP 28 40 267 A1 offenbart eine Ausführung mit Zufuhr von Schmiermedien an die Oberfläche des Kippsegmentes durch Führung über die Stützstruktur durch den Lagerkörper hindurch, wobei auch hier alle Kippsegmente gleichmäßig beaufschlagt werden. Zur Anpassung des Lagers an unterschiedliche Randbedingungen ist es vorgesehen, als Schmiermedien eine elektrorheologische Flüssigkeit zu verwenden, deren tribologische Eigenschaften durch das Anlegen einer Spannung veränderbar sind. Die dabei vorgenommene Änderung ist an allen Kippsegmenten gleichermaßen wirksam.
Die Druckschriften DE 195 14 830 C2 und EP 2 815 139 B1 offenbaren eine Zufuhr von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche durch Eindüsen in den Zwischenraum zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Kippsegmenten.
Durch das Vorsehen entsprechender Schmiermedienzufuhrkanäle an allen Kippsegmenten sind die Ausführungen aus dem Stand der Technik geeignet, das erforderliche Anheben der Welle auch bei niedrigen Geschwindigkeiten unabhängig von der Einbaulage des Lagers zu gewährleisten. Dabei werden alle Kippsegmente gleichermaßen mit Druckmedium beaufschlagt, wodurch zwar ein Anheben der an diesen zu lagernden Welle, jedoch keine gezielte Ausrichtung dieser möglich ist.
Desweiteren sind derartige Lager beim Einsatz in Antriebssträngen, insbesondere von Rotoren den in diesen auftretenden Schwingungen und Stoßeinwirkungen ausgesetzt. Dies kann in Lagerschäden und damit einer Verringerung der Lagerlebensdauer resultieren.
Neben Unwucht als häufigste Anregungsursache gibt es aber noch ein Vielzahl anderer Anregungsphänomene, die sich nicht oder nur schwer vorhersagen/berechnen lassen, wie z.B. Anstreifer an Dichtungen, eingeschlossene Fluide, Hot Spots (Morton Effekt); Effekte aus der Abstützung/Aufspannungen. Ob ein mittels eines derartigen Lagers gelagerter Rotor wirklich innerhalb der Schwinggrenzwerte läuft, stellt sich jedoch oft erst im Betrieb heraus. Veränderungen der Rotorgeometrie/Randbedingungen sind dann meist nicht mehr möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kippsegmentlager derart weiterzubilden, dass neben einem Anheben der zu lagernden Welle bei niedrigen Drehzahlen eine gezielte definierte Ausrichtung und Zentrierung dieser möglich sein soll. Auch soll eine gezielte Beeinflussung der Lagereigenschaften, insbesondere der Dämpfung und Steifigkeit des Lagers möglich sein. Ein weiteres wesentliches Ziel der Erfindung ist es, beim Einsatz in Lagerungen von Rotoren das rotordynamische Verhalten nachträglich (nach Inbetriebnahme) und ohne gravierenden Aufwand verändern zu können. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen einfachen Aufbau sowie eine einfache Montage auszeichnen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle mit einem Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und einer Mehrzahl beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten und sich über eine Stützstruktur am Lagergehäuse gegenüber diesem bewegbar abstützenden Kippsegmenten, wobei das einzelne Kippsegment eine radial innere zur Lagerachse weisende Lagerfläche und eine radial äußere Fläche mit einem Abstützbereich zum zumindest mittelbaren Abstützen über die Stützstruktur an dem Lagergehäuse, aufweist und mit zumindest einer an der Lagerfläche zumindest eines Kippsegmentes vorgesehenen und insbesondere eine Tasche bildenden Ausnehmung zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium, welche mit einer Druckmediumquelle/-senke strömungstechnisch unter Ausbildung eines Druckmedium-Versorgungssystems verbindbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der einzelnen, eine Tasche bildenden Ausnehmung eine Einrichtung zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung mit Druckmedium zugeordnet ist.
Diese Einrichtung ist dabei dem Druckmedium-Versorgungssystem zugeordnet. In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Einrichtung zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung einer einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium im Druckmedium-Versorgungssystem angeordnet, d.h. ist Bestandteil dieses.
Bei einem Druckmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Fluid, insbesondere ein Öl, welches inkompressibel oder durch eine nur geringe Kompressibilität charakterisiert ist. Diese werden mit Drücken im Bereich von 2 bis 500 bar, vorzugsweise 5 bis 100 bar beaufschlagt.
Unter einer strömungstechnischen Verbindung zwischen Druckmediumquelle/- senke und Ausnehmung wird insbesondere die den Strömungsweg beschreibende Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke und Ausnehmung verstanden. Diese beinhaltet jegliche Ausführungen von Leitungen, Kanälen oder Hohlräumen in Bauteilen, die geeignet sind, einen Strömungsweg zu beschreiben oder begrenzen sowie jegliche Einrichtungen, die geeignet sind, auf das Medium einzuwirken.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass der sich über die Ausnehmungen bei Beaufschlagung mit Druckmedium an der jeweiligen Lagerfläche ausbildende hydrostatische Stützfilm jeweils frei einstellbar ist. Diese freie Einstellbarkeit an den einzelnen Kippsegmenten ermöglicht auf einfache Art und Weise eine aktive Beeinflussung der Lagereigenschaften, insbesondere des Dämpfungsverhaltens bei auftretenden Schwingungen.
Die konkrete Zuordnung der Ausnehmungen zu einzelnen Kippsegmenten hängt von der Lagerausbildung, insbesondere auch der Anzahl der in Umfangsrichtung um die Lagerachse angeordneten Kippsegmente ab. Bei Vorsehen mehrerer Kippsegmente wird auch an mehreren von diesen jeweils zumindest eine Ausnehmung angeordnet. In einer vorteilhaften Ausbildung erfolgt die Anordnung einer Ausnehmung wenigstens an jedem zweiten der in Umfangsrichtung um die Lagerachse angeordneten Kippsegmente, ganz besonders bevorzugt an jedem der einzelnen Kippsegmente. Diese Anordnungen ermöglichen es, das Lager in Umfangsrichtung betrachtet beliebig einzubauen. Die Zuordnung einer Einrichtung zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung mit Druckmedium zu einer Ausnehmung erfolgt dabei derart, dass die Ausnehmungen der einzelnen Kippsegmente unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Dadurch kann eine in der Lagerung gelagerte Welle mit einfachen Mitteln hinsichtlich der Anforderungen des Einsatzfalles optimal zentriert und nachjustiert werden. Die Zentrierung kann dabei bereits vor dem Anfahren des Lagers aktiv vorgenommen werden, sodass im Anfahrzustand hier bereits eine Unterstützung der zu lagernden Welle bzw. des zu lagernden Bauteiles über die Hydrostatik vorliegt. Insbesondere in Versuchsapparaturen bietet eine derartige Ausführung den Vorteil, die Lagerung an unterschiedliche Anforderungsprofile schnell und mit geringem Aufwand anpassen zu können, ohne einen Austausch des Lagers vornehmen zu müssen.
Bei allen Ausführungen mit separater Ansteuerung der einzelnen Ausnehmungen, egal ob nur an einem Teil der Kippsegmente oder aber allen besteht durch die gezielte Einstellung der hydrostatischen Unterstützung die Möglichkeit, die Lagereigenschaften aktiv und auch während des Betriebes zu beeinflussen, wodurch das Schwingungsverhalten aktiv verbessert wird. Insbesondere können Lagerkennwerte/Lagerkoeffizienten (Dämpfung und Steifigkeit) durch die Hydrostatik gezielt geändert werden. So können auch Resonanzfrequenzen der mit den im Lager gelagerten Wellen verbundenen Rotoren, sowie die Höhe von Schwingungsamplituden beeinflusst werden.
Bezüglich der konkreten Ausbildung und Zuordnung des Druckmedium-Versorgungssystems bzw. von dessen Bestandteilen bestehen zwei Grundausführungsmöglichkeiten.
In einer ersten Grundausführung ist einem, vorzugsweise jedem einzelnen, zumindest eine Ausnehmung an der Lagerfläche aufweisenden Kippsegment ein eigenes Druckmedium-Versorgungssystem mit separater Druckmediumquelle/- senke, strömungstechnischer Verbindung zur Ausnehmung und Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium zugeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass die einzelnen Kippsegmente vollständig autark voneinander angesteuert werden können, ferner bei Störungen eines Systems, beispielsweise Ausfall einer Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium, die anderen hinsichtlich ihrer Funktionsweise davon unabhängig betreibbar sind.
In einer zweiten besonders vorteilhaften Grundausführung ist einer Mehrzahl von Kippsegmenten eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke zugeordnet, welche entweder direkt oder über eine Verteileinrichtung mit den einzelnen strömungstechnischen Verbindungen zu den einzelnen Ausnehmungen gekoppelt ist. Die Verwendung einer gemeinsamer Druckmediumquelle/-senke erlaubt eine platzsparende und einfache Ausgestaltung eines Druckmittelversorgungssystems. Die Verteilung auf die einzelnen strömungstechnischen Verbindungen kann entweder direkt ab Druckmediumquelle-senke oder aber außerhalb dieser erfolgen.
Bei beiden Grundausführungen kann die einzelne Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung gemäß einer ersten Ausbildung im Kippsegmentlager integriert, insbesondere zumindest einem der nachfolgenden Bauteile angeordnet sein:

- im Lagergehäuse
- im Kippsegment
- in der Stützstruktur.

Diese Lösung bietet den Vorteil, dass der Anteil funktionswesentlicher Bauteile außerhalb des Kippsegmentlagers minimiert werden kann.
Demgegenüber ist in einer zweiten vorteilhaften Ausbildung die einzelne Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung außerhalb des Kippsegmentlagers angeordnet. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, dass am Kippsegmentlager selbst kein zusätzlicher Bauraum für diese Einrichtungen vorzusehen ist, die Einrichtungen im Stör- oder Schadensfall leicht zugängig und austauschbar sind und ferner die Einrichtungen in beliebigen Abstand zum Lager anordenbar sind. Dabei können gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung diese Einrichtungen, welche vorzugsweise in Form von Ventilen vorliegen, zu einem Ventilblock zusammengefasst werden.
Bezüglich der Ausgestaltung der einzelnen strömungstechnischen Verbindungen besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese umfasst dabei zumindest einen im Kippsegment von der Ausnehmung in der Lagerfläche sich in radialer Richtung oder einem Winkel zur radialen Richtung ausgerichteten Führungskanal, welcher bei Anordnung des Anschlusses zur Druckmediumquelle/-senke am Lagergehäuse als Durchgangskanal zum Verbinden mit einem Führungskanal im Lagergehäuse oder aber bei Ankopplung des Anschlusses über das Kippsegment als sich teilweise durch das Kippsegment erstreckender Kanal ausgebildet ist. Der Führungskanal kann dabei durch einzelne Teilabschnitte gebildet werden, welche durch eine unterschiedliche Ausrichtung und/oder Dimensionierung und/oder Querschnittsprofile charakterisiert sein können.
Bei Anordnung des Anschlusses zur Druckmediumquelle/-senke am Lagergehäuse umfasst die einzelne strömungstechnische Verbindung zwischen Ausnehmung und Druckmediumquelle/-senke des Weiteren zumindest einen im Lagergehäuse vorgesehenen Führungskanal und einen in der Stützstruktur vorgesehen Führungskanal, wobei der Führungskanal im Lagergehäuse mit dem Führungskanal in der Stützstruktur und der Führungskanal in der Stützstruktur mit dem Führungskanal im Kippsegment miteinander gekoppelt sind bzw. in strömungstechnischer Verbindung stehen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind die miteinander gekoppelten Teilabschnitte der strömungstechnischen Verbindung, insbesondere der Führungskanäle im Kippsegment, Stützstruktur und Lagergehäuse in radialer Richtung ausgerichtet. Lediglich die Kopplung mit dem Anschluss am Kippsegmentlager erfolgt dann über einen in einem Winkel dazu ausgerichteten Führungskanal. Auch für die Führungskanäle in Stützstruktur und dem Lagergehäuse gilt, dass diese durch einzelne Teilabschnitte gebildet werden können, welche durch eine unterschiedliche Ausrichtung und/oder Dimensionierung und/oder Querschnittsprofile charakterisiert sein können.
Der Begriff Führungskanal ist dabei nicht auf eine bestimmte Form und Erstreckung beschränkt. Dieser beinhaltet alle geometrischen Begrenzungsmöglichkeiten für einen Strömungsweg und kann somit auch Hohlräume umfassen.
Wie bereits ausgeführt, ist in besonders vorteilhafter Weise die Druckmediumquelle/-senke außerhalb des Kippsegmentlagers angeordnet und es ist zur strömungstechnischen Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke und Ausnehmung an dem einzelnen Kippsegment zumindest ein Anschluss am Kippsegmentlager vorgesehen. Der einzelne Anschluss ist dabei besonders bevorzugt an zumindest einer der seitlichen Begrenzungsflächen am Kippsegmentlager, insbesondere den seitlichen Begrenzungsflächen des Lagergehäuses angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass an der unmittelbaren Lagereinbauumgebung in radialer Richtung keine besonderen Maßnahmen erforderlich sind. Auch erlaubt diese Möglichkeit der Ankopplung eine Nachrüstung bei bereits bestehenden Kippsegmentlagern.
In einer ersten Ausbildung zur Anordnung des einzelnen Anschlusses zur Kopplung mit der Druckmediumquelle/-senke ist dieser am Kippsegment oder einem mit dem Kippsegment verbundenen Bauteil vorgesehen. Gemäß einer zweiten Ausbildung ist der einzelne Anschluss am Lagergehäuse oder einem mit dem Lagergehäuse verbundenen Bauteil, insbesondere Seitenwand angeordnet. Die zweite Ausbildung bietet den Vorteil, dass die Anordnung an einem ortsfesten und ruhenden Bauteil erfolgt, wodurch keine zusätzlichen Ausgleichsmaßnahmen, wie bei Anordnung an bewegbaren Teilen erforderlich sind und ferner die Kippbewegung des Kippsegmentes durch die Anordnung es Anschlusses nicht beeinträchtigt wird.
Die Ausführungen der Stützstruktur zwischen Kippsegment und Lagergehäuse kann vielgestaltig erfolgen. Vorzugsweise werden Ausbildungen gewählt, die auf Kraft- und/oder Formschluss basieren. Die Ausbildungen ermöglichen dabei zumindest eine Bewegbarkeit des Kippsegmentes um eine Achse parallel zur Lagerachse. Weitere Freiheitsgrade sind denkbar.
In einer konstruktiv besonders einfachen Ausbildung, welche auch eine einfache Montage und Demontage erlaubt, wird die Stützstruktur von einer Segmenthalteschraube gebildet, umfassend einen gewindetragenden Befestigungsbereich zum Zusammenwirken mit einem gewindetragenden Bereich am Lagergehäuse sowie einen Abstützbereich zum Zusammenwirken mit der Abstützfläche am Kippsegment, wobei der Abstützbereich vorzugsweise von einem Kugelkopf gebildet ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung weist die Segmenthalteschraube eine Durchgangsöffnung zur Ausbildung eine Führungskanals auf. Das Lagergehäuse weist eine Durchgangsöffnung zum Aufnehmen der Segmenthalteschraube in dieser auf, wobei die Durchgangsöffnung im Bereich des Außenumfanges des Lagergehäuses über eine Dichteinrichtung unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Dichteinrichtung und Segmenthalteschraube verschließbar ist. Der Zwischenraum ist in diesem Fall mit der Durchgangsöffnung in der Segmenthalteschraube und einem Anschluss an einer Seitenfläche des Lagergehäuses gekoppelt. Auch eine zu vorbeschriebener Ausbildung alternative Ausbildung ist möglich. Die die Segmenthalteschraube ist dann mit dem Kippsegment fest verbunden, welche über einen Formschluss mit der Stützstruktur im Lagergehäuse zusammenwirkt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung werden das Druckmedium-Versorgungssystem und das Schmiermedien-Versorgungssystem von separaten, d.h. eigenständigen Systemen gebildet. Diese sind insbesondere frei von einer strömungstechnischen Verbindung miteinander. Die dadurch mögliche strikte Funktionstrennung bietet den Vorteil, dass die einzelnen Systeme hinsichtlich der diesen zugrundeliegenden Aufgabenstellung konzipiert, ausgelegt und optimiert werden können. Dadurch können die einzelnen Systeme relativ einfach und mit geringem konstruktivem Aufwand gestaltet werden. Aufwendige Zusatzlösungen, die bei teilweiser Nutzung von Bestandteilen des jeweils anderen Versorgungssystems erforderlich sind, können somit entfallen.
In einer alterativen Ausbildung ist es vorgesehen, Druckmedium-Versorgungssystem und Schmiermedien-Versorgungssystem miteinander zu koppeln. Diese Ausbildung ermöglicht die zumindest teilweise Nutzung von Bestandteilen des jeweils anderen Versorgungssystems.
Bei Ausführungen mit separatem Schmiermedien-Versorgungssystem ist eine Schmiermedienbereitstellung zum Zuführen von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche eines Kippsegmentes zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen Lagerfläche eines einzelnen Kippsegmentes und der zu lagernden Welle vorgesehen. Die Schmiermedienbereitstellung umfasst Schmiermedienzufuhrkanäle, welche in Drehrichtung der im Kippsegmentlager zu lagernden Welle vor oder an der Einlaufkante des Kippsegmentes münden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung steuerbar. Dazu ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche entsprechend vordefinierter oder bestimmbarer Sollwertvorgaben für die Lagereigenschaften wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen Sollwerte zur Ansteuerung der Stelleinrichtungen, insbesondere Einrichtungen zur Beeinflussung der Beaufschlagung der Ausnehmungen mit Druckmedium bildet.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:

1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand einer Perspektivansicht ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kippsegmentlager;
2a bis 2c verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung beispielhaft mögliche Grundausführungen für die Versorgung mit Druckmedium;
3a bis 3c verdeutlichen anhand eines Axialschnittes eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer Grundausführung gemäß 2a;
4 zeigt ein Kippsegmentlager gemäß 2a mit lediglich an einem Teil der Kippsegmente vorgesehenen Ausnehmungen;
5 zeigt beispielhaft ein hydrostatisches Kippsegmentlager;
6 verdeutlicht beispielhaft eine Steuervorrichtung und deren Kopplung mit der Einrichtung zur Beeinflussung des Druckes in der Ausnehmung am Kippsegment.

Die 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung anhand einer Perspektivansicht beispielhaft eine vorteilhafte Ausführung eines Kippsegmentlagers 1 mit erfindungsgemäß separat steuerbarer Beaufschlagung eines sich zwischen Kippsegment und zu lagernder Welle ausbildenden Schmierfilms, welches insbesondere als Radialkippsegmentgleitlager ausgebildet ist. Dieses umfasst ein vorzugsweise zumindest zweiteilig ausgebildetes Lagergehäuse 2, mit einer sich entlang einer Längsachse erstreckenden Lagerbohrung 3. Im dargestellten Fall wird das Lagergehäuse 2 von zwei Lagerschalen 4.1 und 4.2 gebildet. Die Längsachse bildet die Lagerachse LA. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist hier beispielhaft ein Koordinatensystem an die Lagerachse LA angelegt. Die x-Achse fällt mit der Lagerachse LA zusammen und beschreibt die Erstreckung entlang dieser bzw. in Axialrichtung. Die y- und die z-Richtung beschreiben jeweils die Erstreckung in radialer Richtung.
Erkennbar sind die sich wenigstens mittelbar, insbesondere jeweils über eine in der 1 nicht ersichtliche Stützstruktur 12 abstützenden Kippsegmente 5, hier 5.1. 5.2. Diese sind in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA zueinander beabstandet angeordnet. Dabei ist eine Mehrzahl von Kippsegmenten 5.1 bis 5.n vorgesehen. Vorzugsweise werden zwischen zwei, besonders bevorzugt drei und sechs Kippsegmente zum Einsatz gelangen. Das einzelne Kippsegment 5 weist eine in Bezug auf die Lagerachse LA in Einbaulage radial innere und zur Lagerachse LA weisenden Fläche auf, welche als Lagerfläche 7 für die zu lagernde Welle fungiert. An dieser ist zumindest eine hinsichtlich der Beaufschlagung mit Druckmedium als Tasche ausgebildete Ausnehmung 8.1, 8.2 vorgesehen, wobei die Beaufschlagung an den einzelnen Kippsegmenten 5.1, 5.2 unabhängig, d.h. separat voneinander steuerbar ist. Bezüglich möglicher Ausführungen des Aufbaus und den nicht in 1 sichtbaren Merkmalen wird insbesondere auf die 2 bis 5 verwiesen, wobei in den 2 bis 5 beispielhaft für eine Ausbildung mit fünf Kippsegmenten 5.1 bis 5.5 in schematisiert vereinfachter Darstellung mögliche Grundausführungen der erfindungsgemäßen Merkmale des Kippsegmentlagers 1 aufgezeigt werden. Diese sind jedoch auch auf Ausbildungen mit mehr oder weniger Kippsegmenten übertragbar. Zur Verdeutlichung und aus Übersichtlichkeitsgründen sind in den Figuren jeweils nur für einen Teil der Kippsegmente alle Bezugsziffern eingetragen.
Die 1 bis 4 verdeutlichen dabei Lagerausführungen, welche in vorteilhafter Weiterbildung eine Schmiermedienbereitstellung 30 zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen der im Kippsegmentlager 1 zu lagernden Welle und den Lagerflächen der Kippsegmente 5.1 bis 5.5 aufweisen. Die in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungen sehen eine Funktionstrennung zwischen der eigentlichen Schmierfunktion im Normalbetrieb des Kippsegmentlagers 1 und der über die separate hydrostatische Druckbeaufschlagung der als Taschen ausgebildeten Ausnehmungen 8.1 bis 8.5 realisierbaren Abstützung zur Beeinflussung der Lagercharakteristik und damit Wirkung auf die zu lagernden Welle, insbesondere Anheben, Zentrierung und ggf. Änderung der Dynamik eines mit der Welle gekoppelten Rotors vor. Zur Realisierung der hydrodynamischen Abstützung im Normalbetrieb ist - wie in den 1 bis 4 in einer besonders vorteilhaften Ausbildung wiedergegeben - ein lediglich über eine Schmiermedienzufuhr 31.1 bis 31.5 im Bereich der Lagerflächen 7.1 bis 7.5 angedeutetes Schmiermedien-Versorgungssystem 30 vorgesehen. Die einzelne Schmiermedienzufuhr 31.1 bis 31.5 mündet hier jeweils zwischen den einzelnen Kippsegmenten 5.1 bis 5.5. Vorzugsweise erfolgt die Schmiermedienzufuhr an der in Drehrichtung der zu lagernden Welle betrachtet vorderen Kante, der sogenannten Einlaufkante eines einzelnen Kippsegmentes 5.1 bis 5.5. Die Versorgung erfolgt vorzugsweise über eine im Lagergehäuse 2 oder am Außenumfang des Lagergehäuses 2 vorgesehenen Ringkanal 32.
Das einzelne Kippsegment 5.1 bis 5.5 weist in Einbaulage eine in radialer Richtung bezogen auf die Lagerachse LA betrachtet äußere und von der Lagerachse wegweisende Fläche auf, wobei ein Teilbereich dieser als Abstützfläche 6.1 bis 6.5 zur zumindest mittelbaren Abstützung am Lagergehäuse 2 dient. Im Einzelnen sind die Kippsegmente 5.1 bis 5.5 zumindest in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA betrachtet kippbeweglich. Die Kippsegmente 5.1 bis 5.5 stützen sich dazu über die Stützstruktur 12.1 bis 12.5 am Lagergehäuse 2, insbesondere den jeweiligen Lagerschalen 4.1, 4.2 ab. Kippbeweglich bedeutet dabei, dass die einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5 zumindest um eine zur Lagerachse LA parallele Achse kipp- bzw. schwenkbar sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung weisen jedes der einzelnen Kippsegmente, in den 2a bis 3 beispielhaft jedes der fünf Kippsegmente 5.1 bis 5.5, und in 4 eine Mehrzahl der Kippsegmente 5.1, 5.2, 5.5 an der radial inneren Fläche, insbesondere der Lagerfläche 7.1 bis 7.5, zumindest eine, eine Tasche bildende Ausnehmung 8.1 bis 8.5 auf. Diese wird hinsichtlich deren Funktion auch als Hydrauliktasche bezeichnet und ist in Einbaulage betrachtet durch eine Erstreckung in Umfangsrichtung entlang der Oberfläche der jeweiligen Lagerfläche 7.1 bis 7.5 sowie eine Erstreckung in Längsrichtung, das heißt Breitenrichtung des Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 sowie durch eine Erstreckung in Tiefenrichtung am Kippsegment 5.1 bis 5.5 selbst charakterisiert. Vorzugsweise ist jeweils nur eine einzige derartige Ausnehmung an einem Kippsegment 5.1 bis 5.5 vorgesehen. Diese ist vorzugsweise in Erstreckungsrichtung der Lagerfläche in Einbaulage in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA betrachtet im mittigen Bereich des jeweiligen Kippsegmentes angeordnet. Andere Ausführungen, d.h. Anordnungen zwischen Ein- oder Auslaufkante und Mittenbereich sind ebenfalls möglich.
Bezüglich der geometrischen Ausbildung der einzelnen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 besteht dabei eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese kann in Einbaulage in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA betrachtet und/oder in Axialrichtung gegenüber dieser durch eine Querschnittsänderung oder einen konstanten Querschnitt charakterisiert sein. Als Querschnittsprofile sind unterschiedliche Ausbildungen denkbar. So sind rechteckige Querschnittsformen, gerundete, elliptische oder aus einer Kombination dieser gebildete Querschnittsformen denkbar.
Die Anordnung der einzelnen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 erfolgt in den in den Figuren dargestellten Ausbildungen vorzugsweise in Einbaulage in Umfangsrichtung betrachtet im mittigen Bereich des jeweiligen Kippsegmentes 5.1 bis 5.5. Dabei ist jede der einzelnen Ausnehmungen 8.1 bis 8.5 an den einzelnen Lagerflächen 7.1 bis 7.5 der einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5 strömungstechnisch mit einer Druckmediumquelle/-senke 10 bzw. 10.1 bis 10.5 koppelbar. Die strömungstechnische Verbindung zwischen der Druckmediumquelle/-senke ist jeweils mit 13.1 bis 13.5 bezeichnet. In der Ausführung gemäß den 2a, 2b, 3a ist allen Kippsegmenten 5.1 bis 5.5 eine einzige Druckmediumquelle/-senke 10 zugeordnet. Demgegenüber verdeutlicht 2c eine Ausführung mit jedem Kippsegment 5.1 bis 5.5 zugeordneter einzelner Druckmediumquelle/-senke 10.1 bis 10.5. 4 zeigt eine Ausführung mit nur teilweiser separater Ansteuerung einzelner Kippsegmente. In dieser ist einer Mehrzahl von Kippsegmenten 5.1, 5.5 und 5.2 - aber nicht allen - eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke 10 zugeordnet ist.
In der jeweiligen strömungstechnischen Verbindung 13.1 bis 13.5 zwischen Druckmediumquelle/-senke 10 bzw. 10.1 bis 10.5 und einzelner Ausnehmung 8.1 bis 8.5 ist erfindungsgemäß eine Einrichtung 11 zum Einstellen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium vorgesehen. Dabei bestehen grundsätzlich unterschiedliche Möglichkeiten, welche in den 2a bis 3b und 4 beispielhaft wiedergegeben sind.
Die 2a bis 2c zeigen in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines beispielhaften Kippsegmentlagers 1 gemäß 1 in einem Axialschnitt. Erkennbar sind die um die Lagerachse LA in Umfangsrichtung angeordneten Kippsegmente 5.1 bis 5.5, die sich über jeweils eine Stützstruktur 12.1 bis 12.5 wenigstens mittelbar am Lagergehäuse 2 zumindest in Umfangsrichtung des Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 in Einbaulage betrachtet kippbeweglich abstützen. Die eine allen Kippsegmenten gemeinsam zugeordnete Druckmediumquelle/-senke 10 gemäß 2a, 2b oder die jeweils den Kippsegmenten einzeln zugeordneten Druckmediumquellen/-senken 10.1 bis 10.5 sind außerhalb des Kippsegmentlagers 1 angeordnet und mit der jeweiligen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 über die strömungstechnische Verbindung 13.1 bis 13.5. verbunden. In der Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke und der Ausnehmung ist die Einrichtung 11 angeordnet, wobei in der Ausführung gemäß 2a, 3a diese Einrichtung 11 beispielhaft von einem Ventilblock 33 mit einzelnen Ventilen, insbesondere Druckregelventilen 14.1 bis 14.5 gebildet wird. In den 2a, 3a erfolgt die Anordnung der Einrichtung 11 außerhalb des Lagers.
Die 2b verdeutlicht eine alternative Ausbildung zur 2a, bei welcher allen Kippsegmenten 5.1 bis 5.5 zwar ebenfalls eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke 10 zugeordnet ist, die Anordnung der einzelnen Einrichtung 11 aber nicht außerhalb des Kippsegmentlagers 1 erfolgt, sondern in dieses integriert. Vorzugsweise sind dazu einzelne Ventileinrichtungen 14.1 bis 14.5 vorgesehen, welche im Lagergehäuse 2 und/oder der Stützstruktur 12.1 bis 12.5 oder einem anderen im Lageraufbau integrierten Bereich in der strömungstechnischen Verbindung zur jeweiligen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 angeordnet sind.
Gegenüber den Ausführungen in den 2a und 2b verdeutlicht 2c eine weitere alternative Ausbildung, bei welcher jedem der einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5 ein separates Druckmedium-Versorgungssystem 15.1 bis 15.n zugeordnet ist, wobei jedes dieser Druckmedium-Versorgungssysteme 15.1 bis 15.5 eine eigene Druckmediumquelle/-senke 10.1 bis 10.5 aufweist, die über entsprechende strömungstechnische Verbindungen 13.1 bis 13.5 jeweils mit den Ausnehmungen 8.1 bis 8.5 an der radial inneren Fläche, insbesondere Lagerfläche 7.1 bis 7.5 des Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 gekoppelt sind. Dabei sind die Einrichtungen 11.1 bis 11.5 zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der Ausnehmung mit Druckmedium in jeder der strömungstechnischen Verbindungen 13.1 bis 13.5 separat vorgesehen, wobei die Anordnung wie in 2c wiedergegeben außerhalb oder alternativ - hier jedoch nicht dargestellt - innerhalb des Kippsegmentlagers 1, beispielsweise wie für 2b beschrieben, erfolgen kann.
Die 3a bis 3c zeigen beispielhaft in einem Axialschnitt eine Ausgestaltung eines Kippsegmentlagers 1 gemäß 2a. Das Lagergehäuse 2 ist hier zweiteilig ausgebildet. Es sind die fünf Kippsegmente 5.1 bis 5.5 vorgesehen, die über die Stützstrukturen 12.1 bis 12.5 jeweils am Lagergehäuse 2 abstützend angeordnet sind. Die strömungstechnische Verbindung 13.1 bis 13.5 wird dabei über Führungskanäle 9.1 bis 9.5, welche sich durch die Stützstruktur 12.1 bis 12.n sowie das Lagergehäuse 2 erstreckend ausgebildet sind und eine entsprechende außerhalb der des Kippsegmentlagers 1 vorgesehenen Leitungsverbindung 17.1 bis 17.5 mit der Druckmediumquelle/-senke 10 realisiert. Die Stützstruktur 12.1 bis 12.5 umfasst im dargestellten Fall eine Kippsegmenthalteeinrichtung in Form einer sogenannten Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 ist im Detail in 3c wiedergegeben und umfasst jeweils einen Befestigungsteil 19 zur Befestigung am Lagergehäuse 2, über welchen auch die Abstützung des Kippsegmentes erfolgt, indem die Kräfte über die Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 in das Lagergehäuse 2 eingeleitet werden. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 umfasst des Weiteren jeweils einen Lagerbereich 20. Dieser ist vorzugsweise vollständig außerhalb des Befestigungsbereiches 19 angeordnet und dient im vorliegenden Fall der Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem jeweiligen Kippsegment 5.1 bis 5.5. In dieser besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung ist der Lagerbereich 20 der einzelnen Segmenthalteschrauben 18.1 bis 18.5 als Kugelkopf ausgebildet, der von einer vorzugsweise, jedoch nicht zwangsläufig komplementär dazu ausgebildete Ausnehmung 21 an der jeweils radial äußeren Fläche, der sogenannten Abstützfläche 6.1 bis 6.5 des einzelnen Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 aufgenommen ist. Die Abstützfläche 6.1 ist dabei derart ausgebildet, dass diese nicht flächig am Innenumfang 22 des Lagergehäuses 2 zum Anliegen gelangt, sondern bezogen auf die Lagerachse LA mit einem anderen Radius als die den Innenumfang 22 charakterisierende Fläche des Lagergehäuses 2 ausgebildet ist. Das Lagergehäuse 2 weist dazu jeweils entsprechende und vorzugsweise direkt in radialer Richtung ausgerichtete Durchgangsöffnungen 23.1 bis 23.5, auf. Diese erstrecken sich vom Außenumfang 24 des Lagergehäuses 2 zum Innenumfang, wobei in der dargestellten Ausführung zur radialen Fixierung der Segmenthalteschrauben 18.1 bis 18.5 diese Durchgangsöffnung vorzugsweise mit einer Querschnittsänderung unter Ausbildung einer Anschlagfläche 25 vorgesehen ist, welche der Lagefixierung der Segmenthalteschraube, insbesondere der Begrenzung der Einschraubtiefte dient. An dieser Anschlagfläche 25 gelangt eine sich an den Befestigungsbereich 19 anschließende oder in einen definierten Abstand zu diesem angeordnete Flanschfläche an der Segmenthalteschraube 18.1 zur Anlage. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 wird dazu in der Durchgangsöffnung 23.1 bis 23.5 jeweils versenkt. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 ist mit einer Durchgangsöffnung 26.1 bis 26.5, welche in Einbaulage in radialer Richtung erstreckend ausgebildet ist und vorzugsweise mit der Längsachse der jeweiligen Segmenthalteschraube zusammenfällt, versehen. Diese bildet die sogenannte Medienzufuhr durch die Stützstruktur 12.1 bis 12.5. Die Kopplung dieser mit der jeweiligen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 an der Lagerfläche 7.1 bis 7.5 erfolgt über eine entsprechende Durchgangsöffnung 27.1 bis 27.5 an dem einzelnen Kippsegment. Die Druckmittelzufuhr zur Stützstruktur 12.1 bis 12.5 erfolgt dabei über den von der Segmenthalteschraube freien Teil der Durchgangsöffnung 23.1 bis 23.5 im Lagergehäuse 2. Dazu ist an diesem vorzugsweise ein Anschluss 28.1 bis 28.5 vorgesehen, über welchen die Kopplung mit der Druckmediumquelle/-senke 10 erfolgt. Die Durchgangsöffnung 23.1 bis 23.5 ist über eine Dichteinrichtung 29.1 bis 29.5 jeweils gegenüber der Umgebung druckmitteldicht verschlossen.
Die Einrichtung 11 umfasst eine Reihe von Ventileinrichtungen, die vorzugsweise in einen Ventilblock 33 zusammengefasst sind und über entsprechende Verbindungsleitungen 17.1 bis 17.5 mit den Anschlüssen 28.1 bis 28.5 am Lagergehäuse 2 gekoppelt sind. Erkennbar ist hier, dass die Anschlüsse jeweils in einem Winkel zur radialen Richtung am Lagergehäuse 2 an den Seitenflächen angebracht sind. Dies bedeutet, dass die Zufuhr nicht in radialer Richtung direkt erfolgt und somit die Versorgung unabhängig von den Einbaubedingungen des Lagers 1 realisiert werden kann bzw. die Lager mit standardisierten Anschlüssen zur Kopplung mit einer Druckmediumquelle/-senke in unterschiedlichen Einbausituationen angepasst eingebaut werden können. Auch ist dadurch eine Nachrüstung bestehender konventioneller Lager möglich, da die Seitenflächen der Lager meist gut zugängig sind. Ferner erkennbar ist, dass die Funktion der Zentrierung der Lage der zu lagernden Wellen über die Beaufschlagung mit Druckmittel, wobei diese separat an den einzelnen Kippsegmenten realisierbar ist, getrennt von der eigentlichen Versorgung mit Schmiermedien erfolgt. Dazu ist hier eine Ausführung mit gelenkter Schmierung wiedergegeben. Diese besteht darin, dass das lediglich angedeutete Schmiermedien-Versorgungssystem 30 hier jeweils über eine Schmiermedienzufuhr 31.1 bis 31.5 verfügt, die zwischen jeweils zwei benachbart angeordneten Kippsegmenten mündet. Dadurch ist eine Funktionstrennung zwischen der eigentlichen Schmierfunktion im Normalbetrieb des Lagers und der über die separate hydrostatische Druckbeaufschlagung realisierbaren Abstützung zur Zentrierung der Welle gegeben.
Die 3b zeigt am Beispiel der Ausbildung gemäß 3a die seitliche Zuordnung des Anschlusses 28.1 zur Kopplung mit der Druckmediumquelle/- senke 10. Der Anschluss 28.1 ist an einer axialen Fläche am Lagergehäuse 2 vorgesehen. Von diesem erstreckt sich hier ein Verbindungskanal 35, welcher in die Durchgangsöffnung 23.1 mündet. Der Verbindungskanal 35 ist dabei vorzugsweise senkrecht zur Durchgangsöffnung 23.1 verlaufend ausgebildet. Andere Winkel sind ebenfalls denkbar. Ferner erkennbar sind die Ausbildung der einzelnen Ausnehmung 8.1 am Kippsegment 5.1, die Erstreckung der Durchgangsöffnung 23.1 durch den Lagergehäuse, die Anordnung und der Aufbau der Stützstruktur sowie die Anordnung der Dichteinrichtung 29.1 und die beiden seitlichen Lagerdeckel 34.1, 34.2. Der Ausschnitt X gemäß 3b ist in 3c wiedergegeben und zeigt konkret die Abstützung des Kippsegmentes 5.1 über die Segmenthalteschraube 18.1 am Lagergehäuse 2 über den Befestigungsbereich 19 sowie die kippbewegliche Abstützung über den Kugelkopf am sogenannten Lagerbereich 20.1 an der Segmenthalteschraube 18.1.
4 zeigt beispielhaft anhand einer Abwandlung der Ausführung gemäß 2a eine Ausführung, bei welcher nur an einzelnen Kippsegmenten Ausnehmungen zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium vorgesehen sind, wobei die Druckmediumversorgung jeder einzelnen Ausnehmung einzeln über eine entsprechende Einrichtung eingestellt bzw. gesteuert werden kann. Bei dieser sind die einzelnen Kippsegmente 5.1, 5.2 und 5.5 an den zur lagernden Welle weisenden Lagerflächen 7.1, 7.2 und 7.5 mit einer Ausnehmung 8.1, 8.2 und 8.5 versehen. Bei den mit einer Ausnehmung 8.1, 8.2 und 8.5 versehenen Kippsegmenten 5.1, 5.2, 5.5 handelt es sich um Kippsegmente, welche in Einbaulage des Kippsegmentlagers betrachtet vorzugsweise zumindest teilweise unterhalb der Lagerachse LA angeordnet sind. Jede der Ausnehmungen 8.1, 8.2 und 8.5 ist strömungstechnisch mit einer Druckmediumquelle/-senke, hier der gemeinsamen Druckmediumquelle/-senke 10 verbunden. Als Einrichtung zur Einstellung/Steuerung der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung 8.1 bis 8.3 fungieren die Ventileinrichtungen 14.1 bis 14.3, welche in einem Ventilblock 33 zusammengefasst sind.
Zeigen die 1 bis 4 Ausführungen mit kombinierter hydrodynamischer Schmierfilmbildung und hydrostatischer Abstützung, verdeutlicht 5 eine alternative Ausbildung mit rein hydrostatischer Abstützung. Das Kippsegmentlager 1 ist analog zu dem in 1 bis 2a beschriebenen ausgeführt, wobei jedoch kein Schmiermedienversorgungssystem 30 vorgesehen ist.
Zur Ansteuerung der einzelnen Einrichtung 11 bzw. der die Stelleinrichtung für ein einzelnes Kippsegment 5.1 bis 5.5 bildenden Komponenten kann beispielsweise eine Steuervorrichtung vorgesehen sein. In 6 wird beispielhaft das Zusammenwirken zwischen der Steuereinrichtung 36 und dem Druckmedium-Versorgungssystem 15 für die einzelnen Kippsegmente wiedergegeben. Dabei erfolgt in Abhängigkeit einer Sollvorgabe für eine die Lage der zu lagernden Welle wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe oder eine die Eigenschaften des Kippsegmentlagers 1 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe Xsoll-A eine Stellgrößenvorgabe Y11 für die Ansteuerung der Stelleinrichtungen im Druckmedium-Versorgungssystems 15. Als diese fungieren insbesondere der Einrichtungen 11 bzw. 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5, beispielsweise die einzelnen Ventileinrichtungen 14.1 bis 14.5 zur Beaufschlagung der einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5. Als die, die Lage der im Kippsegmentlager Welle wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe können beispielsweise die die Lage selbst charakterisierende Größen angesehen werden oder aber die Lageänderung oder eine andere, aus dem Prozess bzw. der Betriebsweise der im Lager zu lagernden Welle angesehen werden.
Um das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten aktiv und auch während des Betriebes zu beeinflussen, können auch Lagerkennwerte/Lagerkoeffizienten (Dämpfung und Steifigkeit) durch die Hydrostatik gezielt beeinflusst werden. In Abhängigkeit einer das Schwingungsverhalten des Lagers oder einer in diesem gelagerten Komponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe können dabei Sollwerte Xsoll-A für gewünschte oder erforderliche Lagerkennwerte hinsichtlich Steifigkeit und Dämpfung gesetzt werden und diese über die Beaufschlagung der Ausnehmungen mit Druckmedium eingestellt werden. So können auch Resonanzfrequenzen der mit den im Lager gelagerten Wellen verbundenen Rotoren, sowie die Höhe von Schwingungsamplituden beeinflusst werden.
Gemäß einer alternativen Ausbildung ist es auch möglich, das Kippsegment auf seiner zum Lagergehäuse weisenden Fläche gezielt mit Druckmedium zu beaufschlagen.
Bezugszeichenliste

1: Kippsegmentlager
2: Lagergehäuse
3: Lagerbohrung
4.1,4.2: Lagerschale
5, 5.1 bis 5.5: Kippsegment
6.1 bis 6.n: Abstützfläche
7.1 bis 7.n: Lagerfläche
8.1 bis 8.5: Ausnehmung, Hydrauliktasche
10, 10.1 bis 10.5: Druckmediumquelle/-senke
11, 11.1 bis 11.5: Einrichtung
12.1 bis 12.5: Stützstruktur
13.1 bis 13.5: strömungstechnische Verbindung
14.1 bis 14.5: Ventileinrichtungen
15, 15.1 bis 15.5: Druckmedium-Versorgungssystem
17.1 bis 17.5: außerhalb des Kippsegmentlagers geführte Leitungen
18.1 bis 18.5: Segmenthalteschraube
19.1 bis 19.5: Befestigungsbereich
20.1 bis 20.5: Lagerbereich
21.1 bis 21.5: Ausnehmung
22: Innenumfang
23.1 bis 23.5: Durchgangsöffnung
24: Außenumfang
25.1 bis 25.5: Anschlagsfläche
26.1 bis 26.5: Durchgangsöffnung an der Segmenthalteschraube
27.1 bis 27.5: Durchgangsöffnung am Kippsegment
28.1 bis 28.5: Anschluss
29.1 bis 29.5: Dichteinrichtung
30: Schmiermedien-Versorgungssystem
31.1 bis 31.5: Schmiermedienzufuhr
32: Ringkanal
33: Ventilblock
34.1, 34.2: Lagerdeckel
35: Verbindungskanal
36: Steuervorrichtung
LA: Lagerachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19514830 C2 [0002, 0005]
EP 2815139 B1 [0002, 0005]
US 5743654 [0002, 0003]
EP 2818738 A1 [0002]
EP 2840267 A1 [0002, 0004]

Claims

Kippsegmentlager (1), insbesondere Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle mit einem Lagergehäuse (2), mit einer entlang einer Lagerachse (LA) ausgerichteten Lagerbohrung (3) und einer Mehrzahl beabstandet zur Lagerachse (LA) in Umfangsrichtung um diese angeordneten und sich über eine Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) am Lagergehäuse (2) gegenüber diesem bewegbar abstützenden Kippsegmenten (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), wobei das einzelne Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) eine radial innere zur Lagerachse (LA) weisende Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) und eine radial äußere Fläche (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) mit einem Abstützbereich zum zumindest mittelbaren Abstützen über die Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) an dem Lagergehäuse (2), aufweist; mit zumindest einer an der Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) zumindest eines Kippsegmentes (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) vorgesehenen und insbesondere eine Tasche bildenden Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium, welche mit einer Druckmediumquelle/-senke (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) strömungstechnisch unter Ausbildung eines Druckmedium-Versorgungssystems (15; 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) verbindbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass der einzelnen, eine Tasche bildenden Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8..5) eine Einrichtung (11; 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung dieser mit Druckmedium zugeordnet ist.
Kippsegmentlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (11; 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung einer einzelnen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) mit Druckmedium im Druckmedium-Versorgungssystem (15; 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) angeordnet ist.
Kippsegmentlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Kippsegmenten (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) wenigstens eine, eine Tasche bildende Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) aufweist, wobei den Ausnehmungen eines Kippsegmentes jeweils eine separate oder aber gemeinsame Einrichtung (11; 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung mit Druckmedium derart zugeordnet ist, dass die Ausnehmungen (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) an den einzelnen Kippsegmenten (5; 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Kippsegmentlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer Mehrzahl von Kippsegmenten, vorzugsweise jedem einzelnen Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) jeweils ein eigenes Druckmedium-Versorgungssystem (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) mit jeweils einer Druckmediumquelle/-senke (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5), einer strömungstechnischen Verbindung von der jeweiligen Druckmediumquelle/- senke (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) zur zugeordneten Ausnehmung und mit einer Einrichtung (11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium zugeordnet ist.
Kippsegmentlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer Mehrzahl von Kippsegmenten (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke (10) zugeordnet ist, welche entweder direkt oder über eine Verteileinrichtung (14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5) mit den einzelnen Ausnehmungen gekoppelt ist.
Kippsegmentlager (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Einrichtung (11, 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) von der Druckmittelquelle/-senke zur Ausnehmung im Kippsegmentlager (1) integriert, insbesondere zumindest in einem der nachfolgenden Bauteile angeordnet ist: - im Lagergehäuse (2) - im Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) - in der Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5).
Kippsegmentlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Einrichtung (11, 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) außerhalb des Kippsegmentlagers (1) angeordnet ist.
Kippsegmentlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne strömungstechnische Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) von der Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) zur jeweiligen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) zumindest einen im Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) von der Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) in der Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) sich in radialer Richtung oder einem Winkel zur radialen Richtung ausgerichteten Führungskanal (27.1) umfasst.
Kippsegmentlager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne strömungstechnische Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) von der Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) zu einer einzelnen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) des Weiteren zumindest einen im Lagergehäuse (2) vorgesehenen Führungskanal (23.1, 35) und einen in der Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) vorgesehen Führungskanal (26.1) umfasst, wobei der Führungskanal (23.1, 35) im Lagergehäuse (2) mit dem Führungskanal (26.1) in der Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) und der Führungskanal (26.1) in der Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) mit dem Führungskanal (27.1) im Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) miteinander gekoppelt sind bzw. in strömungstechnischer Verbindung stehen.
Kippsegmentlager (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der miteinander gekoppelten Teile der Führungskanäle (23.1; 26.1, 27.1) im Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) und Lagergehäuse (2) im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet sind.
Kippsegmentlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) außerhalb des Kippsegmentlagers (1) angeordnet ist und zur strömungstechnischen Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) und Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) an dem einzelnen Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zumindest ein Anschluss (28.1, 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) am Kippsegmentlager (1) vorgesehen ist.
Kippsegmentlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Anschluss (28.1, 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) an zumindest einer der seitlichen Begrenzungsflächen am Kippsegmentlager (1) angeordnet ist.
Kippsegmentlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Anschluss (28.1, 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) - am Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) oder - einem mit dem Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) verbundenen Bauteil oder dass der einzelne Anschluss (28.1, 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) am Lagergehäuse (2) oder einem mit dem Lagergehäuse (2) verbundenen Bauteil, insbesondere Seitenwand (34.1, 34.2) angeordnet ist.
Kippsegmentlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) von einer Segmenthalteschraube (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) gebildet ist, umfassend einen gewindetragenden Befestigungsbereich (19) zum Zusammenwirken mit einem gewindetragenden Bereich am Lagergehäuse (2) sowie einen Abstützbereich (20) zum Zusammenwirken mit der Abstützfläche (21) Kippsegment, wobei der Abstützbereich vorzugsweise von einem Kugelkopf gebildet ist oder dass die Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) von einer Segmenthalteschraube (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) gebildet ist, umfassend einen gewindetragenden Befestigungsbereich zum Zusammenwirken mit einem gewindetragenden Bereich am Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) sowie einen Abstützbereich zum Zusammenwirken mit der Abstützfläche am Lagergehäuse, wobei der Abstützbereich vorzugsweise von einem Kugelkopf gebildet ist.
Kippsegmentlager (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmenthalteschraub e (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5)eine Durchgangsöffnung (26.1, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5) zur Ausbildung eine Führungskanals aufweist; dass das Lagergehäuse (2) eine Durchgangsöffnung (23.1, 23.2, 23.3, 23.4, 23.5) aufweist zum Aufnehmen der Segmenthalteschraube (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) in dieser, wobei die Durchgangsöffnung (23.1, 23.2, 23.3, 23.4, 23.5) im Bereich des Außenumfanges (24) des Lagergehäuses (2) über eine Dichteinrichtung (29.1, 29.2, 29.3, 29.4, 29.5) unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Dichteinrichtung (29.1, 29.2, 29.3, 29.4, 29.5) und Segmenthalteschraube (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) verschließbar ist; dass der Zwischenraum mit der Durchgangsöffnung (26.2, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5) in der Segmenthalteschraube (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) und einem Anschluss (28.1, 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) an einer seitlichen Begrenzungsfläche, insbesondere Seitenfläche des Lagergehäuses (2) gekoppelt ist, wobei die Kopplung insbesondere über einen sich in einem Winkel zur Durchgangsöffnung (23.1, 23.2, 23.3, 23.4, 23.5) im Lagergehäuse (2) erstreckenden Verbindungskanal (35) erfolgt.
Kippsegmentlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermedienbereitstellung (31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5) zum Zuführen von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines Kippsegmentes (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines einzelnen Kippsegmentes (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) und der zu lagernden Welle vorgesehen ist, wobei die Schmiermedienbereitstellung (31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5) Bestandteil eines Schmiermedien-Versorgungssystems (30) ist und das Druckmedium-Versorgungssystem (15; 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) und das Schmiermedien-Versorgungssystem (30) von separaten Systemen gebildet werden, insbesondere frei von einer strömungstechnischen Verbindung miteinander sind.
Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermedienbereitstellung (31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5) zum Zuführen von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines Kippsegmentes (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines einzelnen Kippsegmentes (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) und der zu lagernden Welle vorgesehen ist, wobei die Schmiermedienbereitstellung (31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5) Bestandteil eines Schmiermedien-Versorgungssystems (30) ist und das Druckmedium-Versorgungssystem (15; 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) und das Schmiermedien-Versorgungssystem (30) miteinander gekoppelt sind.
Kippsegmentlager (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermedienbereitstellung (31.1, 31.2, 31.3, 31.4, 31.5) Schmiermedienzufuhrkanäle umfasst, welche in Drehrichtung der im Kippsegmentlager zu lagernden Welle vor oder an der Einlaufkante des Kippsegmentes münden.
Verfahren zur Einstellung und/oder Steuerung der Lagereigenschaften (Steifigkeit; Dämpfungsverhalten) eines Kippsegmentlagers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem in Abhängigkeit eines Sollwertes einer eine Lagereigenschaft wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, die einzelnen Ausnehmungen zur Beaufschlagung mit Druckmedium an den einzelnen Kippsegmenten separat angesteuert werden.