DE102020203617A1 - Tilting pad bearings and method of operation - Google Patents

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DE102020203617A1 DE102020203617.9A DE102020203617A DE102020203617A1 DE 102020203617 A1 DE102020203617 A1 DE 102020203617A1 DE 102020203617 A DE102020203617 A DE 102020203617A DE 102020203617 A1 DE102020203617 A1 DE 102020203617A1
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Thomas Lang
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager (30) mit mindestens einem Kippsegment (1-3), das relativ zu einem Gehäusekörper (8) um einen Pivotpunkt (11,12,13) kippbar ist, um zwischen dem Kippsegment (1-3) und einem Rotorkörper (4) einen konvergierenden Lagerspalt zu erzeugen, und mit einer Verstelleinrichtung (20).Um das Kippsegmentlager (30) funktionell zu verbessern, umfasst die Verstelleinrichtung (20) mindestens einen Aktuator (31-33), der zum einen eine statische Einstellung des Kippsegments (1-3) und darüber hinaus eine dynamische Verstellung des Kippsegments (1-3) im Betrieb des Kippsegmentlagers (30) ermöglicht.The invention relates to a tilting segment bearing (30) with at least one tilting segment (1-3) which can be tilted relative to a housing body (8) about a pivot point (11,12,13) in order to move between the tilting segment (1-3) and a Rotor body (4) to produce a converging bearing gap, and with an adjusting device (20). In order to improve the function of the tilting segment bearing (30), the adjusting device (20) comprises at least one actuator (31-33) which, on the one hand, allows a static setting of the Tilting segment (1-3) and, moreover, a dynamic adjustment of the tilting segment (1-3) during operation of the tilting segment bearing (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager mit mindestens einem Kippsegment, das relativ zu einem Gehäusekörper um einen Pivotpunkt kippbar ist, um zwischen dem Kippsegment und einem Rotorkörper einen konvergierenden Lagerspalt zu erzeugen, und mit einer Verstelleinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben mindestens eines derartigen Kippsegmentlagers.The invention relates to a tilting segment bearing with at least one tilting segment that can be tilted about a pivot point relative to a housing body in order to create a converging bearing gap between the tilting segment and a rotor body, and with an adjusting device. The invention also relates to a method for operating at least one tilting pad bearing of this type.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem europäischen Patent EP 3 260 716 B1 ist ein Kippsegmentlager bekannt, umfassend: Ein Kippsegment, welches ein Stiftelement aufweist; eine Hülse, wobei die Hülse wenigstens eine Stiftelementaufnahme mit einer Aussparung in Umfangsrichtung aufweist, wobei das Stiftelement in der Aussparung aufnehmbar ist, wobei das Stiftelement entlang der Aussparung in Umfangsrichtung bewegbar ist zum Einstellen wenigstens eines Spalts des Kippsegments.From the European patent EP 3 260 716 B1 there is known a tilt pad bearing comprising: a tilt pad having a pin member; a sleeve, the sleeve having at least one pin element receptacle with a recess in the circumferential direction, the pin element being receivable in the recess, the pin element being movable along the recess in the circumferential direction to adjust at least one gap in the tilting segment.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kippsegmentlager mit mindestens einem Kippsegment, das relativ zu einem Gehäusekörper um einen Pivotpunkt kippbar ist, um zwischen dem Kippsegment und einem Rotorkörper einen konvergierenden Lagerspalt zu erzeugen, und mit einer Verstelleinrichtung, funktionell zu verbessern.The object of the invention is to functionally improve a tilting segment bearing with at least one tilting segment that can be tilted around a pivot point relative to a housing body in order to create a converging bearing gap between the tilting segment and a rotor body, and with an adjusting device.

Die Aufgabe ist bei einem Kippsegmentlager mit mindestens einem Kippsegment, das relativ zu einem Gehäusekörper um einen Pivotpunkt kippbar ist, um zwischen dem Kippsegment und einem Rotorkörper einen konvergierenden Lagerspalt zu erzeugen, und mit einer Verstelleinrichtung, dadurch gelöst, dass die Verstelleinrichtung mindestens einen Aktuator umfasst, der zum einen eine statische Einstellung des Kippsegments und darüber hinaus eine dynamische Verstellung des Kippsegments im Betrieb des Kippsegmentlagers ermöglicht. Bei dem Rotorkörper handelt es sich zum Beispiel um einen Wellenabschnitt einer Welle. In vielen Bereichen der Technik müssen schnelldrehende Wellen gelagert werden. Solche Wellen werden beispielsweise in Turboverdichtern benötigt, wie sie insbesondere zur Verdichtung von Luft für aufgeladene Verbrennungsmotoren oder für Brennstoffzellensysteme Verwendung finden. Dabei sind auf, in oder an der Welle in der Regel weitere Bauteile montiert, beispielsweise Turbinenräder, Verdichterräder oder Magnete für elektrische Antriebe. Diese drehen sich ebenfalls mit sehr hoher Geschwindigkeit. Die Wellen können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Welle wird vorzugsweise durch mehrere Lagereinheiten gelagert, zum Beispiel zwei Radiallager und ein Axiallager. Die Lagereinheiten ermöglichen ein möglichst verlustarmes Rotieren, wenn im Betrieb Kräfte und Momente auf die Welle wirken. Zur Lagerung werden vorteilhaft gasgeschmierte Lager verwendet, da diese bei sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten sehr geringe Reibung und damit nur wenig Lagerverluste aufweisen. Darüber hinaus kann bei einem gasgeschmierten Lager eine Öl- oder Fettschmierung entfallen. Das ist insbesondere bei Brennstoffzellenanwendungen von Vorteil, da hier die geförderte Verdichterluft ölfrei sein muss, um einen Brennstoffzellenstack nicht zu beschädigen. Das Kippsegmentlager umfasst vorteilhaft mindestens drei Kippsegmente. Besonders bevorzugt umfasst das Kippsegmentlager genau drei Kippsegmente. Bei dem beanspruchten Kippsegmentlager handelt es sich um ein Radiallager. Durch das beanspruchte Kippsegmentlager wird die Positioniergenauigkeit des Rotorkörpers, der auch als Rotor bezeichnet wird, verbessert. Dadurch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad einer mit dem Kippsegmentlager ausgestatteten Maschine. Durch das beanspruchte Kippsegmentlager kann der Lagerverschleiß reduziert und somit die Lebensdauer des Kippsegmentlagers erhöht werden. Aufgrund der reduzierten Lagerverluste reduziert sich vorteilhaft der Kühlbedarf. Zur Schmierung des Kippsegmentlagers wird Gas, insbesondere Luft, verwendet. Das mindestens eine Kippsegment wird auch als Pad bezeichnet. Je nach Ausführung umfasst das Kippsegmentlager zwei oder mehr Pads. Besonders bevorzugt umfasst das Kippsegmentlager mindestens drei oder mehr Pads. Je nach Ausführung umfasst das Kippsegmentlager mindestens zwei flexible Pads und ein festes Pad. Drei Pads sind vorzugsweise in einer sogenannten einhundertzwanzig Grad-Anordnung in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Pads oder Kippsegmente sind um einen sogenannten Pivotpunkt kippbar. Der Pivotpunkt, der auch als Angelpunkt bezeichnet werden kann, definiert eine Kippachse, die sich parallel zu einer Drehachse des Rotorkörpers erstreckt. Mit dem Aktuator kann besonders vorteilhaft eine Vorspannung oder Vorlast des Kippsegments gezielt eingestellt werden. Die Vorspannung oder Vorlast des Kippsegments ist im Betrieb des Kippsegmentlagers erforderlich, um eine stabile Funktion, insbesondere eine gewünschte Lagerspalttoleranz, aufrechtzuerhalten. Mit der Verstelleinrichtung wird vorteilhaft zum einen eine statische Einstellung des Kippsegmentlagers während oder nach der Montage erheblich vereinfacht. Darüber hinaus wird durch die beanspruchte Ventileinrichtung eine dynamische Regelung ermöglicht. Durch die dynamische Regelung kann der Betriebsbereich des Kippsegmentlagers erweitert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Lagereigenschaften verbessert werden, indem Lagerverluste aufgrund von Fehlstellungen des Kippsegments reduziert werden. Durch die Verstelleinrichtung mit dem Aktuator wird eine komfortable Aktuatorik realisiert. In Kombination mit einer entsprechenden Sensorik wird die Darstellung eines Regelkreises ermöglicht. So können die Lagereigenschaften des beanspruchten Kippsegmentlagers an gegebene Bedingungen angepasst werden. Bei den gegebenen Bedingungen handelt es sich zum Beispiel um unterschiedliche Betriebsbereiche mit verschiedenen Temperaturen und/oder Drehzahlen. Durch die Verstelleinrichtung mit dem Aktuator kann das Laufverhalten eines extrem schnelldrehenden Rotorkörpers verbessert werden. Ein derartiger Rotorkörper oder Rotor wird auch als Hochdrehzahlrotor bezeichnet. Im Betrieb eines mit dem Kippsegmentlager ausgestatteten Aggregats, zum Beispiel eines Luftverdichters in einem Brennstoffzellensystem, kann ein ansonsten schwer vermeidbarer Start-Stopp-Verschleiß signifikant reduziert werden.In the case of a tilting segment bearing with at least one tilting segment, which can be tilted around a pivot point relative to a housing body, in order to create a converging bearing gap between the tilting segment and a rotor body, and with an adjusting device, the object is achieved in that the adjusting device comprises at least one actuator which, on the one hand, enables a static setting of the tilting segment and, on the other hand, a dynamic adjustment of the tilting segment during operation of the tilting segment bearing. The rotor body is, for example, a shaft section of a shaft. In many areas of technology, high-speed shafts have to be stored. Such shafts are required, for example, in turbo compressors such as those used in particular for compressing air for supercharged internal combustion engines or for fuel cell systems. Additional components are usually mounted on, in or on the shaft, for example turbine wheels, compressor wheels or magnets for electric drives. These also rotate at a very high speed. The shafts can be made in one piece or in several parts. The shaft is preferably supported by several bearing units, for example two radial bearings and one axial bearing. The bearing units enable rotation with as little loss as possible when forces and moments act on the shaft during operation. Gas-lubricated bearings are advantageously used for storage because they have very low friction at very high rotational speeds and thus only little bearing losses. In addition, oil or grease lubrication can be dispensed with in a gas-lubricated bearing. This is particularly advantageous in fuel cell applications, since here the compressor air that is conveyed must be oil-free in order not to damage a fuel cell stack. The tilting segment bearing advantageously comprises at least three tilting segments. The tilting segment bearing particularly preferably comprises exactly three tilting segments. The claimed tilting pad bearing is a radial bearing. The positioning accuracy of the rotor body, which is also referred to as the rotor, is improved by the claimed tilting pad bearing. This improves the overall efficiency of a machine equipped with the tilting pad bearing. Due to the stressed tilting pad bearing, bearing wear can be reduced and thus the service life of the tilting pad bearing can be increased. Due to the reduced storage losses, the cooling requirement is advantageously reduced. Gas, in particular air, is used to lubricate the tilting pad bearing. The at least one tilting segment is also referred to as a pad. Depending on the design, the tilting pad bearing comprises two or more pads. The tilting segment bearing particularly preferably comprises at least three or more pads. Depending on the design, the tilting pad bearing comprises at least two flexible pads and one fixed pad. Three pads are preferably evenly spaced from one another in a so-called one hundred and twenty degree arrangement in the circumferential direction. The pads or tilting segments can be tilted around a so-called pivot point. The pivot point, which can also be referred to as the pivot point, defines a tilt axis that extends parallel to an axis of rotation of the rotor body. With the actuator, a preload or preload of the tilting segment can be set in a targeted manner in a particularly advantageous manner. The preload or preload of the tilting segment is necessary when the tilting segment bearing is in operation in order to maintain a stable function, in particular a desired bearing gap tolerance. With the adjustment device, on the one hand, a static setting of the tilting segment bearing during or after assembly is advantageously considerably simplified. In addition, the claimed valve device enables dynamic control. The dynamic control allows the operating range of the tilting pad bearing to be expanded. Alternatively or additionally, the storage properties can be improved by reducing storage losses due to incorrect positions of the tilting segment. A comfortable actuator system is implemented by the adjustment device with the actuator. In combination with a corresponding sensor system the representation of a control loop is made possible. In this way, the bearing properties of the claimed tilting pad bearing can be adapted to given conditions. The given conditions are, for example, different operating ranges with different temperatures and / or speeds. The adjustment device with the actuator can improve the running behavior of an extremely fast rotating rotor body. Such a rotor body or rotor is also referred to as a high-speed rotor. When operating a unit equipped with the tilting pad bearing, for example an air compressor in a fuel cell system, start-stop wear that is otherwise difficult to avoid can be significantly reduced.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator so ausgeführt und angeordnet ist, dass mit dem Aktuator eine radiale Position des Pivotpunkts definiert verstellbar ist. Der Aktuator ist in diesem Fall zum Beispiel als Linearaktuator ausgeführt. Der Linearaktuator greift vorteilhaft direkt oder indirekt an dem Pivotpunkt an.A preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator is designed and arranged in such a way that the actuator can be used to adjust a radial position of the pivot point in a defined manner. In this case, the actuator is designed as a linear actuator, for example. The linear actuator advantageously acts directly or indirectly on the pivot point.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator so ausgeführt und angeordnet ist, dass mit dem Aktuator ein Kippwinkel des Kippsegments um den Pivotpunkt definiert verstellbar ist. Der Aktuator ist zum Beispiel als Rotationsaktuator ausgeführt. Der Aktuator kann aber auch als Linearaktuator ausgeführt sein, der an einem von dem Pivotpunkt beabstandeten Anlenkpunkt an dem Kippsegment angreift.Another preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator is designed and arranged such that a tilting angle of the tilting segment about the pivot point can be adjusted in a defined manner with the actuator. The actuator is designed as a rotation actuator, for example. The actuator can, however, also be designed as a linear actuator which acts on the tilting segment at an articulation point spaced apart from the pivot point.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator so ausgeführt und angeordnet ist, dass mit dem Aktuator eine Vorspannung oder Vorlast des Kippsegments relativ zu dem Rotorkörper definiert verstellbar ist. Bei der Vorspannung oder Vorlast handelt es sich um eine radiale und/oder um eine rotatorische Vorspannung oder Vorlast. Durch die definiert verstellbare Vorspannung oder Vorlast des Kippsegments kann das Betriebsverhalten des Kippsegmentlagers erheblich verbessert werden.Another preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator is designed and arranged in such a way that the actuator can be used to adjust a preload or preload of the tilting segment relative to the rotor body in a defined manner. The preload or preload is a radial and / or a rotational preload or preload. The operating behavior of the tilting segment bearing can be significantly improved by the pre-tensioning or preloading of the tilting segment, which can be adjusted in a defined manner.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator direkt an dem Kippsegment angreift. Dadurch wird die benötigte Mechanik zur Anbindung des Aktuators erheblich vereinfacht. Der Aktuator kann zum Beispiel direkt am Pivotpunkt des Kippsegments angreifen. Der Aktuator kann aber auch an einem anderen Punkt, vorzugsweise Gelenkpunkt, des Kippsegments angreifen.Another preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator acts directly on the tilting segment. This considerably simplifies the mechanics required to connect the actuator. For example, the actuator can act directly on the pivot point of the tilting segment. However, the actuator can also act at another point, preferably an articulation point, of the tilting segment.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator an einer Hilfsstruktur angreift, die verstellmäßig mit mehreren Kippsegmenten gekoppelt ist. Die Hilfsstruktur umfasst zum Beispiel einen Verstellring, der die Kippsegmente umgreift. Der Verstellring kann, zum Beispiel mit einem geeigneten Schrittmotor, in einem Gehäusekörper verdreht werden. An dem Verstellring sind vorteilhaft Führungskonturen vorgesehen, die mit Aktuatoren der Kippsegmente zusammenwirken.Another preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator acts on an auxiliary structure which is coupled to a plurality of tilting segments in an adjustable manner. The auxiliary structure includes, for example, an adjusting ring that engages around the tilting segments. The adjusting ring can be rotated in a housing body, for example with a suitable stepper motor. Guide contours, which interact with actuators of the tilting segments, are advantageously provided on the adjusting ring.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator mit einer Federeinrichtung kombiniert ist. Durch die Federeinrichtung wird das Aufbringen der Vorspannung oder Vorlast auf das Kippsegment vereinfacht.Another preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator is combined with a spring device. The spring device simplifies the application of the preload or preload to the tilting segment.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator steuerungsmäßig oder regelungsmäßig mit einer Steuerungseinrichtung und mit mindestens einer Sensoreinrichtung verbunden ist. Die Sensoreinrichtung kann in das Kippsegmentlager integriert sein. Bei der Sensoreinrichtung kann es sich aber auch um eine außerhalb des Kippsegmentlagers angeordnete Sensoreinrichtung handeln. Die Sensoreinrichtung ist über die Steuerungseinrichtung mit dem Aktuator verbunden. Über die Steuerungseinrichtung kann im Betrieb des Kippsegmentlagers über den mindestens einen Aktuator schnell und effektiv auf unterschiedliche Betriebsbedingungen reagiert werden.Another preferred exemplary embodiment of the tilting segment bearing is characterized in that the actuator is connected in terms of control or regulation to a control device and to at least one sensor device. The sensor device can be integrated into the tilting segment bearing. The sensor device can, however, also be a sensor device arranged outside the tilting segment bearing. The sensor device is connected to the actuator via the control device. When the tilting pad bearing is in operation, the control device can react quickly and effectively to different operating conditions via the at least one actuator.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Temperatursensor, mindestens einen Körperschall- oder Beschleunigungssensor, eine Rotordynamiksensoreinrichtung und/oder mindestens einen Drehzahlsensor umfasst. Mit der Drehzahlsensorik oder dem Drehzahlsensor kann die Drehzahl des Rotorkörpers oder Rotors im Betrieb des Kippsegmentlagers effektiv überwacht werden. Eine Rotordynamiksensorik kann zum Beispiel mit Hilfe von Wirbelstrom zur Bestimmung der Rotorbewegungen im Betrieb realisiert werden. In der Sensoreinrichtung können unterschiedliche Sensoren zum Einsatz kommen.Another preferred embodiment of the tilting pad bearing is characterized in that the sensor device comprises at least one temperature sensor, at least one structure-borne noise or acceleration sensor, a rotor dynamics sensor device and / or at least one speed sensor. With the speed sensor system or the speed sensor, the speed of the rotor body or rotor can be effectively monitored during operation of the tilting pad bearing. A rotor dynamics sensor system can be implemented, for example, with the help of eddy currents to determine the rotor movements during operation. Different sensors can be used in the sensor device.

Bei einem Verfahren zum Betreiben mindestens eines vorab beschriebenen Kippsegmentlagers ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Kippsegment mit dem Aktuator im Betrieb des Kippsegmentlagers dynamisch verstellt wird. Eine geeignete Regelung wird zum Beispiel mit einer Steuerungseinrichtung realisiert. Die Steuerungseinrichtung umfasst eine Elektronik, die steuerungsmäßig mit der Sensoreinrichtung verbunden ist. Aus mindestens einem Sensorsignal wird mit Hilfe der Steuerung mindestens ein Stellsignal für den Aktuator ermittelt. Eine entsprechende Software ist in der Steuerungseinrichtung hinterlegt.In the case of a method for operating at least one tilting segment bearing described above, the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the tilting segment is dynamically adjusted with the actuator when the tilting segment bearing is in operation. A suitable regulation is implemented, for example, with a control device. The control device includes electronics that control with the Sensor device is connected. At least one control signal for the actuator is determined from at least one sensor signal with the aid of the controller. Appropriate software is stored in the control device.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kippsegment relativ zu dem Rotorkörper gezielt vorgespannt wird, um eine gewünschte Vorspannung des Kippsegments in dem Kippsegmentlager aufrechtzuerhalten.A preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the tilting segment is pretensioned in a targeted manner relative to the rotor body in order to maintain a desired pretensioning of the tilting segment in the tilting segment bearing.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Steuerungseinrichtung mit einem derartigen Computerprogrammprodukt.The invention further relates to a computer program product with a computer program which has software means for performing a method described above when the computer program is executed on a computer. The invention optionally also relates to a control device with such a computer program product.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Verstelleinrichtung, insbesondere einen Aktuator, eine Hilfsstruktur, eine Federeinrichtung, eine Steuerungseinrichtung, ein Kippsegment und/oder einen Gehäusekörper für ein vorab beschriebenes Kippsegmentlager. Die genannten Teile sind separat handelbar.The invention also relates to an adjusting device, in particular an actuator, an auxiliary structure, a spring device, a control device, a tilting segment and / or a housing body for a tilting segment bearing described above. The parts mentioned can be traded separately.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which various exemplary embodiments are described in detail with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kippsegmentlagers mit drei Kippsegmenten im Querschnitt, wobei eine Aufhängung der Kippsegmente in einem Gehäusekörper durch Symbole veranschaulicht ist;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Regelung für eine Verstelleinrichtung eines Kippsegmentlagers wie es in den 3 bis 5 schematisch dargestellt ist, und die
  • 3 bis 5 jeweils eine schematische Darstellung eines Kippsegmentlagers mit einer Verstelleinrichtung, die mindestens einen Aktuator umfasst, gemäß drei verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a tilting segment bearing with three tilting segments in cross section, a suspension of the tilting segments in a housing body is illustrated by symbols;
  • 2 a schematic representation of a control for an adjusting device of a tilting segment bearing as it is in FIG 3 until 5 is shown schematically, and the
  • 3 until 5 each a schematic representation of a tilting pad bearing with an adjustment device that includes at least one actuator, according to three different exemplary embodiments.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

In den 1 und 3 bis 5 ist ein Kippsegmentlager 10; 30; 40; 50 mit drei Kippsegmenten 1 bis 3 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen im Querschnitt schematisch dargestellt. Radial innerhalb der Kippsegmente 1, 2, 3 ist ein Rotorkörper 4 um eine Drehachse 9 drehbar gelagert. Bei dem Rotorkörper 4 handelt es sich zum Beispiel um eine Welle oder um einen Wellenabschnitt einer Welle.In the 1 and 3 until 5 is a tilting pad bearing 10 ; 30th ; 40 ; 50 with three tilting segments 1 until 3 shown schematically in cross section according to various exemplary embodiments. Radial within the tilting segments 1 , 2 , 3 is a rotor body 4th around an axis of rotation 9 rotatably mounted. At the rotor body 4th it is, for example, a shaft or a shaft section of a shaft.

Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden in den 1 und 3 bis 5 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zunächst werden die Gemeinsamkeiten der Ausführungsbeispiele beschrieben. Danach wird auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 eingegangen.To designate the same or similar parts, the 1 and 3 until 5 the same reference numerals are used. First, the common features of the exemplary embodiments will be described. Then the differences between the exemplary embodiments of FIG 3 until 5 received.

Die Kippsegmente 1, 2, 3 sind mit Hilfe jeweils einer Positioniereinrichtung 5, 6, 7 kippbar in einem Gehäusekörper 8 angeordnet, der nur symbolisch angedeutet ist. Die Positioniereinrichtungen 5, 6, 7 stellen eine Aufhängung für die Kippsegmente 1, 2, 3 in dem Gehäusekörper 8 dar.The tilting segments 1 , 2 , 3 are each with the help of a positioning device 5 , 6th , 7th tiltable in a housing body 8th arranged, which is only indicated symbolically. The positioning devices 5 , 6th , 7th provide a suspension for the tilting segments 1 , 2 , 3 in the case body 8th represent.

Die Kippsegmente 1 bis 3 sind jeweils um einen Pivotpunkt 11, 12, 13 kippbar. Jedem Pivotpunkt 11, 12, 13 ist eine Federeinrichtung 15, 16, 17 zugeordnet. Die Federeinrichtungen 15, 16, 17 symbolisieren, dass die Kippsegmente 1, 2, 3 in radialer Richtung und unter Zwischenschaltung eines Gasfilms gegen den Rotorkörper 4 vorgespannt sind.The tilting segments 1 until 3 are each around a pivot point 11 , 12th , 13th tiltable. Every pivot point 11 , 12th , 13th is a spring device 15th , 16 , 17th assigned. The spring devices 15th , 16 , 17th symbolize that the tilting segments 1 , 2 , 3 in the radial direction and with the interposition of a gas film against the rotor body 4th are biased.

Darüber hinaus ist dem Pivotpunkt 12 eine Federeinrichtung 14 zugeordnet. Die Federeinrichtungen 15 bis 17 erzeugen eine translatorische Federkraft in radialer Richtung. Die Federeinrichtung 14 ist als Torsionsfeder oder Biegefeder ausgeführt, die eine rotatorische Vorspannung des Kippsegments 2 um den Pivotpunkt 12 ermöglicht.In addition, it is the pivot point 12th a spring device 14th assigned. The spring devices 15th until 17th generate a translational spring force in the radial direction. The spring device 14th is designed as a torsion spring or spiral spring, which a rotational preload of the tilting segment 2 around the pivot point 12th enables.

Im Betrieb des Kippsegmentlagers 10 ergibt sich zwischen den Kippsegmenten 1, 2, 3 und dem Rotorkörper 4 jeweils ein konvergierender Lagerspalt 18. Zur Realisierung des konvergierenden Lagerspalts 18 verfügt jedes Kippsegment 1, 2, 3 über eine definierte Kippsteifigkeit, die auch quasi null sein kann. Optional oder alternativ kann das Kippsegment 1, 2, 3 auch über einen radialen Freiheitsgrad mit einer definierten Kippsteifigkeit verfügen.During operation of the tilting pad bearing 10 arises between the tilting segments 1 , 2 , 3 and the rotor body 4th each a converging bearing gap 18th . To realize the converging bearing gap 18th has every tilting segment 1 , 2 , 3 via a defined tilting rigidity, which can also be virtually zero. Optionally or alternatively, the tilting segment 1 , 2 , 3 also have a radial degree of freedom with a defined tilting rigidity.

Abhängig von der Rotorbewegung und der Drehzahl des Rotors oder Rotorkörpers 4 werden Fluidkräfte im Lagerspalt 18 zwischen dem Kippsegment 2 und dem Rotorkörper 4 erzeugt. Durch die Fluidkräfte im Lagerspalt oder Schmierspalt werden die Kippsegmente 1, 2, 3 im Betrieb des Kippsegmentlagers 10 bewegt.Depending on the rotor movement and the speed of the rotor or rotor body 4th are fluid forces in the bearing gap 18th between the tilting segment 2 and the rotor body 4th generated. The tilting segments are due to the fluid forces in the bearing gap or lubrication gap 1 , 2 , 3 during operation of the tilting pad bearing 10 emotional.

In den 3 bis 5 ist dargestellt, wie radiale Positionen der Pivotpunkte 11 bis 13 mit Hilfe einer Verstelleinrichtung 20 verändert werden können. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Verstelleinrichtung 20 eine Kippvorlast beziehungsweise eine Winkelposition der Kippsegmente 1, 2, 3 verändert werden.In the 3 until 5 is shown as radial positions of the pivot points 11 until 13th with the help of an adjustment device 20th can be changed. In addition, with the help of the adjustment device 20th a tilting preload or an angular position of the tilting segments 1 , 2 , 3 to be changed.

In 2 ist die Verstelleinrichtung 20 nur durch ein Rechteck angedeutet. Durch ein weiteres Rechteck ist eine Steuerungseinrichtung 25 angedeutet. Durch Pfeile 21 bis 24 sind Sensorsignale angedeutet, die im Betrieb des Kippsegmentlagers von einer nur durch ein Rechteck angedeuteten Sensoreinrichtung 29 bereitgestellt werden.In 2 is the adjustment device 20th only indicated by a rectangle. Another rectangle is a control device 25th indicated. By arrows 21 until 24 sensor signals are indicated which, during operation of the tilting segment bearing, are generated by a sensor device indicated only by a rectangle 29 to be provided.

Die Sensoreinrichtung 29 umfasst unterschiedliche Sensoren, die einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen. Aus den Sensorsignalen werden über die Steuerungseinrichtung 25 mit einer geeigneten Elektronik Stellsignale 26, 27 für die Verstelleinrichtung 20 ermittelt, insbesondere errechnet. Eine entsprechende Software ist in die Steuerungseinrichtung 25 implementiert. Durch einen Pfeil 28 ist angedeutet, dass die Software optional über eine künstliche Intelligenz verfügt beziehungsweise angelernt wurde.The sensor device 29 includes different sensors that are used individually or in combination. The control device uses the sensor signals 25th with suitable electronics control signals 26th , 27 for the adjustment device 20th determined, in particular calculated. Appropriate software is in the control device 25th implemented. By an arrow 28 it is indicated that the software optionally has artificial intelligence or has been trained.

In den 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt, wie die Verstelleinrichtung 20 mit Hilfe von Aktuatoren 31 bis 33; 42, 43; 51 bis 53, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Hilfsstruktur 54, realisiert werden kann. Die Aktuatoren 31 bis 33; 42, 43; 51 bis 53 können in dem Kippsegmentlager 30; 40; 50 alle gleich ausgeführt sein. Es können aber auch unterschiedliche Aktuatoren in einem Kippsegmentlager miteinander kombiniert werden.In the 3 until 5 various exemplary embodiments are shown schematically, such as the adjusting device 20th with the help of actuators 31 until 33 ; 42 , 43 ; 51 until 53 , possibly with an additional auxiliary structure 54 can be realized. The actuators 31 until 33 ; 42 , 43 ; 51 until 53 can in the tilting pad bearing 30th ; 40 ; 50 all be executed the same. However, different actuators can also be combined with one another in a tilting segment bearing.

Bei dem in 3 dargestellten Kippsegmentlager 30 sind die Aktuatoren 31 bis 33 als Linearaktuatoren ausgeführt, wie durch Doppelpfeile 35, 36, 37 angedeutet ist. Die Aktuatoren 31 und 32 sind den Pivotpunkten 11, 12 der Kippsegmente 1, 2 zugeordnet. Die Federeinrichtung 15 ist zwischen dem Pivotpunkt 11 und dem Aktuator 31 angeordnet. Der Aktuator 32 greift direkt an die Pivotpunkt 12 an, also ohne Zwischenschaltung einer Federeinrichtung.The in 3 shown tilting pad bearings 30th are the actuators 31 until 33 designed as linear actuators, as indicated by double arrows 35 , 36 , 37 is indicated. The actuators 31 and 32 are the pivot points 11 , 12th the tilting segments 1 , 2 assigned. The spring device 15th is between the pivot point 11 and the actuator 31 arranged. The actuator 32 accesses the pivot point directly 12th on, i.e. without the interposition of a spring device.

Der Pivotpunkt 13 ist dem Gehäusekörper 8 unter Zwischenschaltung der Federeinrichtung 17 zugeordnet. Der Aktuator 33 greift an einem Anlenkpunkt 34 an, der in Umfangsrichtung von dem Pivotpunkt 13 beabstandet ist. So kann das Kippsegment 3 über den Aktuator 33, der als Linearaktuator ausgeführt ist, definiert um den Pivotpunkt 13 verkippt werden.The pivot point 13th is the case body 8th with the interposition of the spring device 17th assigned. The actuator 33 engages at a pivot point 34 at, the one in the circumferential direction from the pivot point 13th is spaced. So can the tilting segment 3 about the actuator 33 , which is designed as a linear actuator, defined around the pivot point 13th be tilted.

Bei dem in 4 dargestellten Kippsegmentlager 40 sind die Aktuatoren 42 und 43 als Schrittmotoren ausgeführt. Durch die Doppelpfeile 44 und 45 ist angedeutet, dass die Kippsegmente 2, 3 mit den Schrittmotoren 42 und 43 definiert verkippt werden können. Eine Federeinrichtung 16 ist zwischen den Aktuator 42 und den Pivotpunkt 12 geschaltet. Der Aktuator 43 ist zwischen die Positioniereinrichtung 7 und die Federeinrichtung 17 geschaltet.The in 4th shown tilting pad bearings 40 are the actuators 42 and 43 designed as stepper motors. By the double arrows 44 and 45 it is indicated that the tilting segments 2 , 3 with the stepper motors 42 and 43 can be tilted in a defined manner. A spring device 16 is between the actuator 42 and the pivot point 12th switched. The actuator 43 is between the positioning device 7th and the spring device 17th switched.

Bei dem in 5 dargestellten Kippsegmentlager 50 sind die Aktuatoren 51 bis 53 zum Beispiel als Rollen ausgeführt, die den Pivotpunkten 11 bis 13 der Kippsegmente 1 bis 3 zugeordnet sind. Die Aktuatoren 51 bis 53 wirken mit einer Hilfsstruktur 54 zusammen. Die Hilfsstruktur 54 ist, wie in 5 durch einen Doppelpfeil 58 angedeutet ist, in Umfangsrichtung definiert verstellbar, um die Aktuatoren 51 bis 53 zu betätigen.The in 5 shown tilting pad bearings 50 are the actuators 51 until 53 For example, executed as roles that the pivot points 11 until 13th the tilting segments 1 until 3 assigned. The actuators 51 until 53 act with an auxiliary structure 54 together. The auxiliary structure 54 is like in 5 by a double arrow 58 is indicated, adjustable in a defined manner in the circumferential direction around the actuators 51 until 53 to operate.

Die Hilfsstruktur 54 ist radial innen mit Führungskonturen 55, 56, 57 ausgestattet. An den Führungskonturen 55 bis 57 greifen die Aktuatoren 51 bis 53 an. Durch eine geeignete Ausführung können die Kippsegmente 1 bis 3 über die Aktuatoren 51 bis 53 zum einen radial positioniert werden. Darüber hinaus können die Kippsegmente 1 bis 3 über die Aktuatoren 51 bis 53 und die Hilfsstruktur 54 auch gezielt um den jeweiligen Pivotpunkt 11 bis 13 verkippt werden.The auxiliary structure 54 is radially inside with guide contours 55 , 56 , 57 fitted. At the guide contours 55 until 57 grab the actuators 51 until 53 at. With a suitable design, the tilting segments 1 until 3 about the actuators 51 until 53 on the one hand be positioned radially. In addition, the tilting segments 1 until 3 about the actuators 51 until 53 and the auxiliary structure 54 also specifically around the respective pivot point 11 until 13th be tilted.

Es ist auch möglich, dass die Aktuatoren 51 bis 53 mit der Hilfsstruktur 54 nur genutzt werden, um die radiale Position der Kippsegmente 1 bis 3 zu verändern, wenn die Hilfsstruktur 54, die zum Beispiel als Verstellring ausgeführt ist, mit einem Schrittmotor rotiert wird, wie durch den Doppelpfeil 58 angedeutet ist. Anders als dargestellt, können die Positioniereinrichtungen 5 bis 7 in 5 zum Beispiel mit geeigneten Federeinrichtungen im Gehäusekörper 8 aufgehängt sein.It is also possible that the actuators 51 until 53 with the auxiliary structure 54 only used to control the radial position of the tilting segments 1 until 3 to change when the auxiliary structure 54 , which is designed, for example, as an adjusting ring, is rotated with a stepper motor, as shown by the double arrow 58 is indicated. Other than shown, the positioning devices 5 until 7th in 5 for example with suitable spring devices in the housing body 8th be hung up.

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Claims (10)

Kippsegmentlager (10;30;40; 50) mit mindestens einem Kippsegment (1-3), das relativ zu einem Gehäusekörper (8) um einen Pivotpunkt (11,12,13) kippbar ist, um zwischen dem Kippsegment (1-3) und einem Rotorkörper (4) einen konvergierenden Lagerspalt (18) zu erzeugen, und mit einer Verstelleinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (20) mindestens einen Aktuator (31-33;42,43;51-53) umfasst, der zum einen eine statische Einstellung des Kippsegments (1-3) und darüber hinaus eine dynamische Verstellung des Kippsegments (1-3) im Betrieb des Kippsegmentlagers (30;40;50) ermöglicht.Tilting segment bearing (10; 30; 40; 50) with at least one tilting segment (1-3) which can be tilted about a pivot point (11,12,13) relative to a housing body (8) in order to move between the tilting segment (1-3) and a rotor body (4) to produce a converging bearing gap (18), and with an adjusting device (20), characterized in that the adjusting device (20) comprises at least one actuator (31-33; 42, 43; 51-53), which enables a static setting of the tilting segment (1-3) and also a dynamic adjustment of the tilting segment (1-3) during operation of the tilting segment bearing (30; 40; 50). Kippsegmentlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (31,32) so ausgeführt und angeordnet ist, dass mit dem Aktuator (31,32) eine radiale Position des Pivotpunkts (11,12) definiert verstellbar ist.Tilting pad bearings Claim 1 , characterized in that the actuator (31, 32) is designed and arranged in such a way that the actuator (31, 32) can be used to adjust a radial position of the pivot point (11, 12) in a defined manner. Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (33;42,43) so ausgeführt und angeordnet ist, dass mit dem Aktuator (33;42,43) ein Kippwinkel des Kippsegments (3;2,3) um den Pivotpunkt (13;12,13) definiert verstellbar ist.Tilting segment bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (33; 42, 43) is designed and arranged so that with the actuator (33; 42, 43) a tilting angle of the tilting segment (3; 2, 3) around the Pivot point (13; 12,13) is adjustable in a defined manner. Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (31-33;42,43;51-53) so ausgeführt und angeordnet ist, dass mit dem Aktuator (31-33;42,43;51-53) eine Vorspannung oder Vorlast des Kippsegments (1-3) relativ zu dem Rotorkörper (4) definiert verstellbar ist.Tilting pad bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (31-33; 42,43; 51-53) is designed and arranged so that with the actuator (31-33; 42,43; 51-53) a The preload or preload of the tilting segment (1-3) relative to the rotor body (4) is adjustable in a defined manner. Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (32,33;43) direkt an dem Kippsegment (2,3;3) angreift.Tilting segment bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (32, 33; 43) acts directly on the tilting segment (2, 3; 3). Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (51,52,53) an einer Hilfsstruktur (54) angreift, die verstellmäßig mit mehreren Kippsegmenten (1-3) gekoppelt ist.Tilting segment bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (51, 52, 53) acts on an auxiliary structure (54) which is coupled to a plurality of tilting segments (1-3) in an adjustable manner. Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (31;42,43) mit einer Federeinrichtung (15;16,17) kombiniert ist.Tilting pad bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (31; 42, 43) is combined with a spring device (15; 16, 17). Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (31-33;42,43;51-53) steuerungsmäßig oder regelungsmäßig mit einer Steuerungseinrichtung (25) und mit mindestens einer Sensoreinrichtung (29) verbunden ist.Tilting pad bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (31-33; 42, 43; 51-53) is connected in terms of control or regulation to a control device (25) and to at least one sensor device (29). Kippsegmentlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (29) mindestens einen Temperatursensor, mindestens einen Körperschall- oder Beschleunigungssensor, eine Rotordynamiksensoreinrichtung und/oder mindestens einen Drehzahlsensor umfasst.Tilting pad bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (29) comprises at least one temperature sensor, at least one structure-borne sound or acceleration sensor, a rotor dynamics sensor device and / or at least one speed sensor. Verfahren zum Betreiben mindestens eines Kippsegmentlagers (10;30;40;50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippsegment (1-3) mit dem Aktuator (31-33;42,43;51-53) im Betrieb des Kippsegmentlagers (10;30;40;50) dynamisch verstellt wird.Method for operating at least one tilting segment bearing (10; 30; 40; 50) according to one of the preceding claims, characterized in that the tilting segment (1-3) with the actuator (31-33; 42, 43; 51-53) in operation of the tilting pad bearing (10; 30; 40; 50) is adjusted dynamically.
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