DE102020133940A1 - Gleitlager mit Gleitsegmenten - Google Patents

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Thorsten Rohrmann
Alexander Unger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einer ersten Lagerkomponente und einer zweiten Lagerkomponente, die relativ zueinander rotierbar in einer Rotationsrichtung (RR) um eine Rotationsachse (RA) angeordnet sind,wobei zwischen der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente wenigstens zwei Gleitsegmente (1) angeordnet sind,wobei die wenigstens zwei Gleitsegmente (1) jeweils eine Tragstruktur (2) zum Fixieren des Gleitsegments (1) an der ersten bzw. zweiten Lagerkomponente und eine Gleitfläche (3) zum gleitenden Kontakt des Gleitsegments (1) an der zweiten bzw. ersten Lagerkomponente aufweisen,wobei die Gleitfläche (3) in Rotationsrichtung (RR) eine vordere Eintrittskante (4) und eine hintere Austrittskante (5) aufweist,wobei die Gleitfläche (3) eine Ölverteilnut (6) aufweist, welche unmittelbar an die vordere Eintrittskante (4) angrenzend angeordnet ist, undwobei das Gleitsegment (1) eine Durchgangsöffnung (7) für eine Ölversorgung der Ölverteilnut (6) aufweist, welche sich vorzugsweise von einer radialen Außenfläche (21) der Tragstruktur (2) zu der Ölverteilnut (6) bzw. der Gleitfläche (3) erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einer ersten Lagerkomponente und einer zweiten Lagerkomponente, die relativ zueinander rotierbar in einer Rotationsrichtung um eine Rotationsachse angeordnet sind, bei dem zwischen der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente wenigstens zwei Gleitsegmente angeordnet sind.
  • In Axiallagern werden üblicherweise gleitaktive Elemente eingesetzt, die über einen umlaufenden Spalt von hinten mit Schmierstoff versorgt werden. Diese Schmierstoffversorgung kann über den Segmentumfang, der meistens rund ausgebildet ist, variieren und ist nicht genau berechenbar bzw. gar nicht einstellbar, da die Geometrie des Spaltes durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst wird, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen, der Betriebszustand oder das Eigengewicht der Segmente. Auf diese Weise entstehen bei der herkömmlichen Ölversorgung hohe Verlustölströme, da ein Großteil des Öls ohne technischen Nutzen seitlich an den Segmenten herunterfließt.
  • Insbesondere durch die bauartbedingte Neigung des Antriebsstrangs einer Windkraftanlage, die üblicherweise 5° - 6° aus der Horizontalen beträgt, ist ferner nicht gewährleistet, dass das Öl auf die Spurscheibe gelangt, d.h. die Gleitfläche würde überhaupt nicht benetzt werden. Eine Mangelschmierung und ein erhöhter Verschleiß sind die daraus resultierenden Folgen.
  • Die Hydrostatische Anhebung wird in aller Regel über eine Tasche oder eine Ringnut bewerkstelligt. Diese Ringnut hat in etwa einen Durchmesser von 50% - 60% des Segmentdurchmessers. Ein größerer Durchmesser würde sich negativ auf die hydrodynamische Druckverteilung auswirken und somit die Tragfähigkeit des Segments einschränken. Bei diesen Abmessungen steigen die notwendigen Anhebedrücke der Hydrostatik auf über 200bar an, was zu vermeiden ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gleitlager mit zwischen einer ersten Lagerkomponente und einer zweiten Lagerkomponente angeordneten Gleitsegmenten bereitzustellen, bei dem die Schmierung zwischen den Lagerkomponenten und den Gleitsegmenten optimiert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Gleitlager mit einer ersten Lagerkomponente und einer zweiten Lagerkomponente, die relativ zueinander rotierbar in einer Rotationsrichtung um eine Rotationsachse angeordnet sind, vorgeschlagen. Dabei sind zwischen der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente wenigstens zwei Gleitsegmente angeordnet. Die wenigstens zwei Gleitsegmente weisen jeweils eine Tragstruktur zum Fixieren des Gleitsegments an der ersten bzw. zweiten Lagerkomponente und eine Gleitfläche zum gleitenden Kontakt des Gleitsegments an der zweiten bzw. ersten Lagerkomponente auf. Darüber hinaus weist die Gleitfläche in Rotationsrichtung eine vordere Eintrittskante und eine hintere Austrittskante auf und umfasst eine Ölverteilnut, welche unmittelbar an die vordere Eintrittskante angrenzend angeordnet ist. Ferner weist das Gleitsegment eine Durchgangsöffnung für eine Ölversorgung der Ölverteilnut auf, welche sich vorzugsweise von einer radialen Außenfläche der Tragstruktur zu der Ölverteilnut bzw. der Gleitfläche erstreckt.
  • Vorteilhaft daran ist, dass durch die direkte Versorgung des gleitaktiven Elementes mit Schmierstoff des Gleitlagers ein geschmierter Betrieb des Gleitlagers sichergestellt und optimiert ist. Die Menge des zugeführten Schmierstoffes ist entscheidend für die Lebensdauer des gleitaktiven Elementes. Diese kann durch den Einsatz der direkten Versorgung exakt ausgelegt, berechnet, beeinflusst und erhöht werden. Die Versorgung der Gleitfläche erfolgt durch das Segment hindurch direkt an den benötigten Ort, insbesondere die Gleitfläche des Gleitsegments. Die Versorgung wird direkt am Segment gespeist und kann durch den Volumenstrom auf den tatsächlichen Bedarf am Schmierspalt reduziert werden. Somit ist eine zielgerichtete Ölversorgung auch bei geringer Umfangsgeschwindigkeit und geometrisch ungünstigen Anordnungen, wie beispielsweise einer Anordnung „über Kopf“, möglich. Zudem ist eine individuelle Ölversorgung eines jeden einzelnen Segmentes möglich. Durch die Einsparung des sonst benötigten Futterrings können die gleitaktiven Segmente größer gestaltet werden, sodass eine höhere Tragfähigkeit des Lagers erreicht werden kann. Außerdem kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführung die Durchgangsöffnung für die Ölversorgung der Ölverteilnut unmittelbar oder mittelbar an eine Hochdruck-Ölversorgung zur Erreichung einer hydrostatischen Anhebung angeschlossen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Gleitfläche des Gleitsegments im Wesentlichen rund ausgebildet ist. Dies ist günstig für die Schmierstoffverteilung und die Anordnung bzw. Ausbildung der Ölverteilnut an der vorderen Eintrittskante.
  • Vorzugsweise ist das Gleitlager derart ausgebildet, dass die Ölverteilnut der Gleitfläche bogenförmig ausgebildet ist, wobei die Ölverteilnut vorzugsweise einen Winkel von 90° bis 180° umspannt. Aufgrund der bogenförmigen Form der Ölverteilnut ist diese optimal an die Eintrittskante angepasst, wodurch sich die Schmierung der Gleitfläche bzw. des Gleitsegments verbessert. Darüber hinaus ist hinsichtlich verschiedener Anwendungsfälle des Gleitlagers auch eine mondsichelförmige Ölverteilnut günstig, deren Durchmesser in einem mittleren Bereich größer ist als an den beiden Enden der Ölverteilnut.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gleitfläche eine weitere Ölverteilnut aufweist, welche unmittelbar an die hintere Austrittskante angrenzend angeordnet ist. Dadurch ist die Schmierstoffverteilung auf der Gleitfläche des Gleitsegments weiter verbessert.
  • Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der die weitere Ölverteilnut der Gleitfläche bogenförmig ausgebildet ist, wobei die weitere Ölverteilnut vorzugsweise einen Winkel von 90° bis 180° umspannt. Entsprechend der Ölverteilnut optimiert die bogenförmige weitere Ölverteilnut die Schmierung der Gleitfläche bzw. des Gleitsegments. Außerdem ist ebenfalls eine mondsichelförmige Ölverteilnut möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Kante der Gleitfläche zwischen der Ölverteilnut und der weiteren Ölverteilnut jeweils eine Nutlücke ausgebildet ist. Aufgrund der unterbrochenen Nut sind entsprechend der Anzahl an Nuten beispielsweise zwei, drei oder vier kreissegmentförmige Nuten ausgebildet. Daraus resultiert, dass sich zwischen den Nuten zur Segmentmitte hin eine Tragdruckverteilung ergibt, die zu einem hydrostatischen Anheben führt. Dabei ist der Tragdruckverlust im Vergleich zu einer geschlossenen ringförmigen Hydrostatiknut vernachlässigbar gering.
  • Das erfindungsgemäße Gleitlager ist in einer Ausführungsvariante ausgebildet, dass die Ölverteilnut und die weitere Ölverteilnut mittels eines Ölkreislaufs verbunden sind. Dabei ist günstig, dass bei einer Versorgung der beiden Nuten mit Hochdruck-Öl, eine integrierte hydrostatische Anhebung umgesetzt.
  • In einer alternativen Ausführung des vorliegenden Gleitlagers ist ferner vorgesehen, dass die Ölverteilnut der Gleitfläche vollumfänglich entlang der gesamten Kante der Gleitfläche ausgebildet ist. Auf diese Weise ist ein sehr gute Schmiermittelversorgung der gesamten Gleitfläche des Gleitsegments gewährleistet.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Ölverteilnut der Gleitfläche durch eine Vielzahl von Aussparungen ausgebildet, vorzugsweise durch eine Vielzahl von Bohrungen. Dabei sind die Aussparungen der Ölverteilnut bogenförmig angeordnet und vorzugsweise in einer Reihe voneinander beabstandet angeordnet. Dabei ist günstig, dass das Schmiermittel über die jeweilige Aussparung auf die Gleitfläche aufbringbar ist und auf diese Weise eine Schmiermittelverteilung gleichmäßig ist bzw. an den jeweiligen Anwendungsfall mittels einer Anordnung bzw. Anzahl von Aussparungen anpassbar ist.
  • In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Aussparungen jeweils eine Durchgangsöffnung für eine Ölversorgung der Ölverteilnut aufweist, welche sich von einer radialen Außenfläche der Tragstruktur zu der Ölverteilnut bzw. der Gleitfläche erstreckt. Dadurch erfolgt die Versorgung der Ölverteilnut bzw. der Gleitfläche mit dem Schmiermittel.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der radialen Außenfläche der Tragstruktur ein Kanal zum Umspülen der Tragstruktur mit einem Öl bzw. zur Ölversorgung der Ölverteilnut ausgebildet ist. Vorteilhaft daran ist, dass das Öl, welches das Gleitsegment an dessen Mantelfläche umspült, über die Aussparungen auf die Gleitfläche gelangt und entsprechend der Anordnung und Anzahl der Aussparungen auf der Gleitfläche des Gleitsegments verteilbar ist.
  • Eine weitere alternative Ausführung des vorliegenden Gleitlagers sieht vor, dass die Gleitfläche rechteckig bzw. quadratisch und die Ölverteilnut der Gleitfläche geradlinig ausgebildet ist. Ein derartig ausgebildetes Gleitlager bzw. eine derartig ausgebildete Ölverteilnut verbessert die Schmierung zwischen den Lagerkomponenten und den Gleitsegmenten bei einigen Anwendungsfällen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an einer äußeren Oberfläche der Tragstruktur eine Verdrehsicherung ausgebildet, insbesondere eine bolzenförmige Verdrehsicherung. Auf diese Weise wird mit einem entsprechend ausgebildeten Gegenstück des Gleitlagers eine Rotation des Gleitsegments während des Betriebs unterbunden.
  • Das erfindungsgemäße Gleitlager ist in einer Ausführungsvariante als ein Axiallager ausgebildet, insbesondere ein Axiallager für einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments eines Gleitlagers mit einer bogenförmigen Ölverteilnut,
    • 2 eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments eines Gleitlagers mit zwei bogenförmigen Ölverteilnuten,
    • 3 eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments eines Gleitlagers mit einer ringförmigen Ölverteilnut und
    • 4 eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments eines Gleitlagers mit einer durch Aussparungen ausgebildeten Ölverteilnut.
  • In 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments 1 eines Gleitlagers mit einer bogenförmigen Ölverteilnut 6 dargestellt. Das Gleitlager ist als ein Axiallager für einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage ausgebildet. Das Gleitlager umfasst eine Vielzahl von Gleitsegmenten 1 und die einzelnen Gleitsegmente 1 sind auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet und bilden in Ihrer Gesamtheit das Axiallager.
  • Das Gleitlager umfasst eine erste Lagerkomponente und eine zweite Lagerkomponente, die relativ zueinander rotierbar in einer Rotationsrichtung um eine Rotationsachse angeordnet sind. Zwischen der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente ist die Vielzahl der Gleitsegmente 1 angeordnet.
  • Das jeweilige Gleitsegment 1 der Vielzahl der Gleitsegmente 1 weist jeweils eine Tragstruktur 2 zum Fixieren des Gleitsegments 1 an der ersten bzw. zweiten Lagerkomponente und eine Gleitfläche 3 zum gleitenden Kontakt des Gleitsegments 1 an der zweiten bzw. ersten Lagerkomponente auf.
  • Die Gleitfläche 3 des Gleitsegments 1 ist im Wesentlichen rund ausgebildet und weist in Rotationsrichtung eine vordere Eintrittskante 4 und eine hintere Austrittskante 5 auf.
  • Des Weiteren weist die Gleitfläche 3 eine Ölverteilnut 6 auf, welche unmittelbar an die vordere Eintrittskante 4 angrenzend angeordnet ist. Ferner ist die Ölverteilnut 6 der Gleitfläche 3 bogenförmig ausgebildet und umspannt einen Winkel von ungefähr 90°.
  • Das Gleitsegment 1 weist eine Durchgangsöffnung 7 für eine Ölversorgung der Ölverteilnut 6 auf, welche sich von einer radialen Außenfläche 21 der Tragstruktur 2 zu der Ölverteilnut 6 bzw. der Gleitfläche 3 erstreckt. Außerdem ist an der radialen Außenfläche 21 der Tragstruktur 2 ein Kanal 22 zum Umspülen der Tragstruktur 2 mit einem Öl bzw. zur Ölversorgung der Ölverteilnut 6 ausgebildet. Darüber hinaus ist an der radialen Außenfläche 21 der Tragstruktur 2 eine bolzenförmige Verdrehsicherung 8 ausgebildet.
  • Nachdem die Gleitsegmente im nachfolgenden Abschnitt der Figurenbeschreibung im Wesentlichen die gleichen Merkmale aufweisen, wird nachfolgend lediglich auf die grundlegenden Unterschiede eingegangen.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments 1 eines Gleitlagers mit zwei bogenförmigen Ölverteilnuten 6, 13. Die Gleitfläche 3 des Gleitsegments 1 weist eine weitere Ölverteilnut 13 auf, welche unmittelbar an die hintere Austrittskante 5 angrenzend angeordnet ist. Die weitere Ölverteilnut 13 der Gleitfläche 3 ist mondsichelförmig ausgebildet und umspannt einen Winkel von 90°.
  • An der Kante der Gleitfläche 3 zwischen der Ölverteilnut 6 und der weiteren Ölverteilnut 13 ist jeweils eine Nutlücke 10 ausgebildet. Außerdem sind die Ölverteilnut 6 und die weitere Ölverteilnut 13 mittels eines Ölkreislaufs verbunden.
  • In 3 ist eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments 1 eines Gleitlagers mit einer ringförmigen Ölverteilnut 6 dargestellt, die sich vollumfänglich entlang der gesamten Kante der Gleitfläche 3 erstreckt. Ferner umfasst das Gleitsegment 1 eine Durchgangsöffnung 7 für eine Ölversorgung der Ölverteilnut 6, welche sich von einer radialen Außenfläche 21 der Tragstruktur 2 zu der Ölverteilnut 6 bzw. der Gleitfläche 3 erstreckt.
  • Ferner ist in 4 eine perspektivische Darstellung eines Gleitsegments 1 eines Gleitlagers mit einer durch Aussparungen 11 ausgebildeten Ölverteilnut 6 dargestellt. Die Ölverteilnut 6 der Gleitfläche 3 ist durch eine Vielzahl von Aussparungen 11 ausgebildet, insbesondere durch eine Vielzahl von Bohrungen. Außerdem sind die Aussparungen 11 der Ölverteilnut 6 bogenförmig angeordnet und in einer Reihe voneinander beabstandet.
  • Des Weiteren weisen die Aussparungen 11 jeweils eine Durchgangsöffnung 7 für eine Ölversorgung der Ölverteilnut 6 auf, welche sich von einer radialen Außenfläche 21 der Tragstruktur 2 zu der Ölverteilnut 6 bzw. der Gleitfläche 3 erstreckt.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (15)

  1. Gleitlager mit einer ersten Lagerkomponente und einer zweiten Lagerkomponente, die relativ zueinander rotierbar in einer Rotationsrichtung (RR) um eine Rotationsachse (RA) angeordnet sind, wobei zwischen der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente wenigstens zwei Gleitsegmente (1) angeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Gleitsegmente (1) jeweils eine Tragstruktur (2) zum Fixieren des Gleitsegments (1) an der ersten bzw. zweiten Lagerkomponente und eine Gleitfläche (3) zum gleitenden Kontakt des Gleitsegments (1) an der zweiten bzw. ersten Lagerkomponente aufweisen, wobei die Gleitfläche (3) in Rotationsrichtung (RR) eine vordere Eintrittskante (4) und eine hintere Austrittskante (5) aufweist, wobei die Gleitfläche (3) eine Ölverteilnut (6) aufweist, welche unmittelbar an die vordere Eintrittskante (4) angrenzend angeordnet ist, und wobei das Gleitsegment (1) eine Durchgangsöffnung (7) für eine ÖIversorgung der Ölverteilnut (6) aufweist, welche sich vorzugsweise von einer radialen Außenfläche (21) der Tragstruktur (2) zu der Ölverteilnut (6) bzw. der Gleitfläche (3) erstreckt.
  2. Gleitlager gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (3) des Gleitsegments (1) im Wesentlichen rund ausgebildet ist.
  3. Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölverteilnut (6) der Gleitfläche (3) bogenförmig ausgebildet ist, wobei die Ölverteilnut (6) vorzugsweise einen Winkel von 90° bis 180° umspannt.
  4. Gleitlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (3) eine weitere Ölverteilnut (13) aufweist, welche unmittelbar an die hintere Austrittskante (5) angrenzend angeordnet ist.
  5. Gleitlager gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ölverteilnut (13) der Gleitfläche (3) bogenförmig ausgebildet ist, wobei die weitere Ölverteilnut (13) vorzugsweise einen Winkel von 90° bis 180° umspannt.
  6. Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kante der Gleitfläche (3) zwischen der Ölverteilnut (6) und der weiteren Ölverteilnut (13) jeweils eine Nutlücke (10) ausgebildet ist.
  7. Gleitlager gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölverteilnut (6) und die weitere Ölverteilnut (13) mittels eines Ölkreislaufs verbunden sind.
  8. Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölverteilnut (6) der Gleitfläche (3) vollumfänglich entlang der gesamten Kante der Gleitfläche (3) ausgebildet ist.
  9. Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölverteilnut (6) der Gleitfläche (3) durch eine Vielzahl von Aussparungen (11) ausgebildet ist, vorzugsweise durch eine Vielzahl von Bohrungen, wobei die Aussparungen (11) der Ölverteilnut (6) bogenförmig angeordnet sind und vorzugsweise in einer Reihe voneinander beabstandet angeordnet sind.
  10. Gleitlager gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) jeweils eine Durchgangsöffnung (7) für eine Ölversorgung der Ölverteilnut (6) aufweist, welche sich von einer radialen Außenfläche (21) der Tragstruktur (2) zu der Ölverteilnut (6) bzw. der Gleitfläche (3) erstreckt.
  11. Gleitlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Außenfläche (21) der Tragstruktur (2) ein Kanal (22) zum Umspülen der Tragstruktur (2) mit einem Öl bzw. zur Ölversorgung der Ölverteilnut (6) ausgebildet ist.
  12. Gleitlager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (3) rechteckig bzw. quadratisch und die Ölverteilnut (6) der Gleitfläche (3) geradlinig ausgebildet ist.
  13. Gleitlager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche (3) kreisring- bzw. kreisringsegmentförmig und die Ölverteilnut (6) der Gleitfläche (3) gerade und/oder bogenförmig ausgebildet ist.
  14. Gleitlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Außenfläche (21) der Tragstruktur (2) eine Verdrehsicherung (8) ausgebildet ist, insbesondere eine bolzenförmige Verdrehsicherung (8).
  15. Gleitlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager als ein Axiallager ausgebildet ist, insbesondere ein Axiallager für einen Antriebsstrang einer Windkraftanlage.
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