DE102021124857A1 - Tilting pad bearings, in particular radial tilting pad plain bearings - Google Patents
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- F16C37/00—Cooling of bearings
- F16C37/002—Cooling of bearings of fluid bearings
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager zum Lagern einer Welle oder Achse, umfassend ein Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und wenigstens zwei relativ zum Lagergehäuse bewegbar und beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese beabstandet zueinander angeordneten Kippsegmente, wobei das einzelne Kippsegment jeweils eine radial innere Lagerfläche und eine radial äußere Fläche zur Abstützung an einer Tragfläche am Lagergehäuse und diese miteinander verbindende und in Umfangsrichtung zum benachbarten Kippsegment weisende Segmentseitenflächen aufweist und der Übergang zwischen Lagerfläche und einzelner Segmentseitenfläche eine erste und eine zweite Segmentkante am Kippsegment beschreibt.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet; dass zumindest eine der in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Segmentseitenflächen eines einzelnen Kippsegmentes in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche zur radialen Außenfläche betrachtet zumindest einen Teilbereich aufweist, welcher gegenüber einer theoretischen durch die Lagerachse und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung durch die jeweilige Segmentkante beschreibbaren Ebene zurückversetzt ist.The invention relates to a tilting pad bearing for supporting a shaft or axle, comprising a bearing housing with a bearing bore aligned along a bearing axis and at least two tilting pads which can be moved relative to the bearing housing and are spaced apart from the bearing axis in the circumferential direction around the latter, with each individual tilting pad having a radially inner one Bearing surface and a radially outer surface for support on a bearing surface on the bearing housing and has segment side surfaces connecting these to one another and pointing in the circumferential direction to the adjacent tilting segment, and the transition between bearing surface and individual segment side surface describes a first and a second segment edge on the tilting segment. The invention is characterized in that; that at least one of the segment side surfaces of an individual tilting segment, which faces in the circumferential direction in the installed position, has at least one partial area, viewed in the direction of extension from the bearing surface to the radial outer surface, which is set back compared to a theoretical plane that can be described in the radial direction by the respective segment edge through the bearing axis and a perpendicular to it .
Description
Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentgleitlager im Einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a tilting pad bearing, in particular a radial tilting pad plain bearing, in detail with the features of the preamble of
Derartige Kippsegmentlager sind in verschiedenen Ausbildungen aus dem Stand der Technik bekannt. Diese umfassen wenigstens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnete Kippsegmente, die jeweils eine als Gleitfläche fungierende Lagerfläche aufweisen. Diese Kippsegmente sind zumeist einzeln mit einem Medium, in der Regel Öl geschmiert, welches einen Schmierfilm bildet. Der Schmierfilm befindet sich dabei in einem Schmierspalt zwischen der Lagerfläche eines jeden der Kippsegmente und der zu lagernden Welle, wobei aufgrund der Rotation der Welle das Öl durch diesen Schmierspalt hindurch gefördert wird. Aufgrund der Belastung erwärmt sich das Öl und verlässt den Spalt mit einer höheren Temperatur als es in den Schmierspalt eintritt. Kippsegmentlager können dabei für beide Drehrichtungen oder aber auch für eine bestimmte Umlaufrichtung der Welle vorgesehen werden. Jedes der Kippsegmente weist eine erste, am Eintritt in die Lagerfläche vorgesehene Segmentkante und eine zweite, dieser in Umlaufrichtung der Welle an der Lagerfläche nachgeordnete Segmentkante auf. Dabei ist die erste Segmentkante die, welche von einem Punkt auf der sich drehenden Welle zuerst überstrichen wird (Einlaufkante), während zweite hintere oder nachlaufende Segmentkante die ist, welche von dem Punkt auf der Welle als letztes überlaufen wird (Auslaufkante).Such tilting pad bearings are known in various forms from the prior art. These comprise at least two tilting segments which are spaced apart from one another in the circumferential direction and each have a bearing surface which functions as a sliding surface. These tilting pads are mostly lubricated individually with a medium, usually oil, which forms a lubricating film. The lubricating film is located in a lubricating gap between the bearing surface of each of the tilting pads and the shaft to be supported, with the oil being conveyed through this lubricating gap due to the rotation of the shaft. Due to the load, the oil heats up and leaves the gap at a higher temperature than when it entered the lubricating gap. Tilting pad bearings can be provided for both directions of rotation or for a specific direction of rotation of the shaft. Each of the tilting segments has a first segment edge provided at the entry into the bearing surface and a second segment edge downstream of this segment edge in the direction of rotation of the shaft on the bearing surface. The first segment edge is that which is first traversed by a point on the rotating shaft (leading edge), while the second trailing or trailing segment edge is that which is last traversed by the point on the shaft (trailing edge).
Um eine hohe Leistungsfähigkeit derartiger Lager zu gewährleisten, insbesondere diese für hohe Umlaufgeschwindigkeiten und hohe mechanische Lasten einsetzen zu können, ist es erforderlich, die im Betrieb anfallende Wärme im Schmierfilm gezielt und effizient abzuführen. Dazu sind unterschiedliche Lösungsansätze bekannt, welche unter anderem durch eine erhöhte Zufuhr kühleren Öls und gezielte Abfuhr erwärmten Öls und/oder spezielle Führung von Kühlmedium am Kippsegment charakterisiert sind. In order to ensure high performance of such bearings, in particular to be able to use them for high rotational speeds and high mechanical loads, it is necessary to dissipate the heat generated during operation in the lubricating film in a targeted and efficient manner. Various approaches are known for this, which are characterized, among other things, by an increased supply of cooler oil and targeted removal of heated oil and/or special guidance of cooling medium on the tilting segment.
Das Forschungsprojekt „FVA 677 II, IGF 19926 N“ beschäftigt sich mit der Beeinflussung der Strömung im Schmierstoffzuführbereich von Radialkippsegmentlagern zur Senkung maximaler Lagertemperaturen und Erhöhung der Leistungsdichte. Die Ölzuführung ist derart gestaltet, dass diese das Kippsegment direkt anströmt und die durch die Wellendrehung induzierte Nischenströmung ausnutzt.The research project "FVA 677 II, IGF 19926 N" deals with influencing the flow in the lubricant supply area of radial tilting pad bearings to reduce maximum bearing temperatures and increase the power density. The oil supply is designed in such a way that it flows directly onto the tilting pad and utilizes the niche flow induced by the shaft rotation.
Weitere Ausführungen sehen den Einsatz von zusätzlichen Düsen zum Einbringen von Kühlöl vor.Further versions provide for the use of additional nozzles for introducing cooling oil.
Neben den Ausführungen mit zusätzlichen Düsen und deren Ausgestaltung sind auch Maßnahmen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit durch Maßnahmen direkt am Kippsegment bekannt.In addition to the designs with additional nozzles and their design, measures to increase the performance through measures directly on the tilting segment are also known.
So offenbart
Nachfolgende Druckschriften offenbaren weitere unterschiedlichste Ausführungsformen von Kippsegmenten, die innenliegende Kanäle haben, welche mit Öl durchströmt werden, um somit eine bessere Kühlung sicherzustellen:
Folgende Druckschriften behandeln unterschiedlichste Ausführungsformen von Ölzuführungen an das Kippsegment/an die Kippsegmentkanten, um somit eine bessere Kühlung sicherzustellen:
Unterschiedliche Ausführungsformen der Oberflächen von Kippsegmentrücken und - kanten um somit eine bessere Kühlung infolge vergrößerter Oberflächen sicherzustellen, sind aus folgenden Druckschriften vorbekannt:
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Wärmeabfuhr besteht in der Trennung von Warm- und Kaltöl bzw. das Trennen des Warmöls von der Welle durch Leisten/Lippen, um somit eine bessere Kühlung sicherzustellen:
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentgleitlager derart weiterzuentwickeln, dass dieses bei gleicher Baugröße für höhere Belastungen und/oder Umlaufgeschwindigkeiten zum Einsatz gelangen kann, wobei die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen und damit möglichst kostengünstig umsetzbar sein.The invention was therefore based on the object of further developing a tilting pad bearing, in particular a radial tilting pad plain bearing, in such a way that it can be used for higher loads and/or rotational speeds with the same size, with the aforementioned disadvantages being avoided. The solution according to the invention should be distinguished by a low level of design and manufacturing complexity and should therefore be able to be implemented as cost-effectively as possible.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The solution according to the invention is characterized by the features of
Ein Kippsegmentlager zum Lagern einer Welle oder Achse, umfassend ein Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und wenigstens zwei relativ zum Lagergehäuse bewegbar und beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese beabstandet zueinander angeordneten Kippsegmente, wobei das einzelne Kippsegment jeweils eine radial innere Lagerfläche und eine radial äußere Fläche zur Abstützung an einer Tragfläche am Lagergehäuse und diese miteinander verbindende und in Umfangsrichtung zum benachbarten Kippsegment weisende Segmentseitenflächen aufweist und der Übergang zwischen Lagerfläche und einzelner Segmentseitenfläche eine erste und eine zweite Segmentkante am Kippsegment beschreibt ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Segmentseitenflächen eines einzelnen Kippsegmentes in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche zur radialen Außenfläche betrachtet zumindest einen Teilbereich aufweist, welcher gegenüber einer theoretischen durch die Lagerachse und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung durch die jeweilige Segmentkante beschreibbaren Ebene zurückversetzt ist.A tilting pad bearing for supporting a shaft or axle, comprising a bearing housing with a bearing bore aligned along a bearing axis and at least two tilting pads which are movable relative to the bearing housing and spaced apart from the bearing axis in the circumferential direction around the latter and are spaced apart from one another, with the individual tilting pad each having a radially inner bearing surface and a radially outer surface for support on a bearing surface on the bearing housing and has segment side surfaces connecting these to one another and pointing in the circumferential direction to the adjacent tilting segment and the transition between bearing surface and individual segment side surface describes a first and a second segment edge on the tilting segment is characterized according to the invention in that at least one of the Installation position in the circumferential direction pointing segment side surfaces of a single tilting segment viewed in the direction of extension from the bearing surface to the radial outer surface has at least a partial area t, which is set back in relation to a theoretical plane that can be described by the respective segment edge in the radial direction through the bearing axis and a perpendicular to this plane.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Temperaturverlauf des Schmieröls auf der Lagerfläche in Umlaufrichtung der zu lagernden Welle im Bereich des Auslaufs aus der Lagerfläche, der sogenannten Austrittskante am höchsten ist und damit auch der Wärmeeintrag in das Kippsegment in diesem Bereich. Die Temperatur nimmt jedoch innerhalb des Kippsegmentes mit zunehmender Entfernung von diesem Bereich ab, wodurch eine direkte Kühlung dieser Bereiche nicht die gewünschte Rückwirkung auf die Bereiche des Temperaturmaximums erbringt. Um den kühlenden Ölvolumenstrom möglichst nah an diesen Bereich heranzuführen, wird daher eine gezielte, jedoch einfach umzusetzende Geometrieveränderung am Kippsegment vorgeschlagen, ohne jedoch das Kippsegment zu schwächen bzw. die Schwächung minimal zu halten. Dazu wird lediglich das Material des Kippsegmentes, welches nicht im Kraftfluss oder nur am Rande des Kraftflusses liegt, entfernt. Verlaufen die in Umfangsrichtung weisenden Segmentseitenflächen an den Segmentkanten, insbesondere je nach Umlaufrichtung der zu lagernden Welle die Ein- und Auslaufkanten im Stand der Technik in der Regel radial bzw. nahezu radial, so wird nunmehr von dieser Ausführung abgewichen und zumindest eine einzelne Segmentseitenfläche mit wenigstens einem gegenüber der radialen Ausrichtung in Segmentrichtung zurückgesetztem Teilflächenbereich ausgeführt. Dieser verringert die Materialdicke im Bereich des Temperaturmaximums. Dadurch kann der zuzuführende kühlende Ölvolumenstrom direkt beim Eintritt in die Segmenttaschen zwischen zwei benachbarten Kippsegmenten möglichst nah an den Bereich des Temperaturmaximums am Kippsegment herangeführt werden. Durch diese Lösung - Kühlung des Bereichs des Temperaturmaximums am Kippsegment - wird damit auch indirekt die thermische Belastung des zum Betrieb des Kippsegmentlagers eingesetzten Schmieröls reduziert.The solution according to the invention is based on the consideration that the temperature profile of the lubricating oil on the bearing surface is highest in the direction of rotation of the shaft to be supported in the area of the outlet from the bearing surface, the so-called trailing edge, and thus also the heat input into the tilting segment in this area. However, the temperature within the tilting segment decreases with increasing distance from this area, which means that direct cooling of these areas does not have the desired effect on the areas of the maximum temperature. In order to bring the cooling oil volume flow as close as possible to this area, a targeted but easy to implement geometry change on the tilting segment is therefore proposed, without weakening the tilting segment or keeping the weakening to a minimum. For this purpose, only the material of the Tilting segment, which is not in the power flow or only on the edge of the power flow, removed. While the segment side surfaces pointing in the circumferential direction at the segment edges, in particular the inlet and outlet edges, depending on the direction of rotation of the shaft to be mounted, usually run radially or almost radially in the prior art, this design is now deviated from and at least one individual segment side surface has at least a sub-area region that is set back in relation to the radial alignment in the segment direction. This reduces the material thickness in the area of the maximum temperature. As a result, the cooling oil volume flow to be supplied can be brought as close as possible to the area of the maximum temperature on the tilting segment directly when it enters the segment pockets between two adjacent tilting segments. This solution - cooling the area of the maximum temperature on the tilting pad - also indirectly reduces the thermal load on the lubricating oil used to operate the tilting pad bearing.
Der Vorteil einer solchen Ausführungsform ist, dass diese keinen/nur einen minimalen fertigungstechnischen Mehraufwand erzeugen, indem nämlich nur die gesamte Seitenfläche hinsichtlich ihrer Kontur gefertigt bzw. bearbeitet werden muss. Da diese frei von Nuten, Hinterschneidungen etc., ist, ist diese Geometrie robust gegenüber Verschmutzungen. Des Weiteren wird die Ausbildung der induzierten Nischenströmung nicht behindert. Durch eine vorteilhafte strömungswiderstandsreduzierte Gestaltung wird sogar die Ausbildung der durch die Wellenrotation induzierten Nischenströmung gefördert.The advantage of such an embodiment is that it generates no/only a minimal amount of additional manufacturing effort, in that only the contour of the entire side surface has to be manufactured or processed. Since this is free of grooves, undercuts, etc., this geometry is robust against dirt. Furthermore, the formation of the induced niche flow is not impeded. An advantageous flow resistance-reduced design even promotes the formation of the niche flow induced by the shaft rotation.
Bezüglich der konkreten Geometrie der Segmentseitenflächen besteht zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Rückversatzes eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Dabei kann die gewählte Geometrie der Segmentseitenflächen in einer Ansicht auf eine durch zwei zueinander senkrecht verlaufende Senkrechten zur Lagerachse beschreibbaren Ebene durch ein Profil charakterisiert werden, welches in einer vorteilhaften Ausbildung in Längsrichtung des Kippsegmentes betrachtet, die in Einbaulage mit der Richtung der Lagerachse zusammenfällt, konstant gehalten wird. D.h. die Flächenkontur ist keiner Änderung in dieser Richtung unterworfen. Der Fertigungsaufwand kann dadurch gering gehalten werden.With regard to the specific geometry of the segment side surfaces, there are a number of possibilities for implementing the set-back according to the invention. The selected geometry of the segment side faces can be characterized in a view on a plane that can be described by two perpendiculars to the bearing axis running perpendicular to one another, by a profile which, in an advantageous embodiment, is viewed in the longitudinal direction of the tilting segment, which in the installed position coincides with the direction of the bearing axis, is constant is held. I.e. the surface contour is not subject to any change in this direction. The production costs can be kept low as a result.
In einer vorteilhaften ersten Ausführung ist die zumindest eine Segmentseitenfläche eines einzelnen Kippsegmentes zumindest in einem Teilbereich ihrer Erstreckung, vorzugsweise vollständig zwischen Lagerfläche und Außenfläche betrachtet durch eine ebene Fläche beschreibbar, welche in einem Winkel im Bereich von 20° bis 45° zur theoretischen durch die Lagerachse und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung durch die jeweilige Segmentkante beschreibbaren und als Segmentkantenradialebene bezeichnete Ebene ausgerichtet ist. Über die Größe des Winkels zwischen der Segmentkantenebene und der ebenen Fläche kann der Rückversatz in das Segment Richtung der radialen Außenfläche betrachtet variiert werden. In einer vorteilhaften Ausbildung der ersten Ausführung sind die voneinander wegweisenden Segmentseitenflächen eines einzelnen Kippsegmentes zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig parallel zueinander ausgerichtet. Insbesondere die vollständig parallele Ausbildung ist durch minimalen Fertigungsaufwand charakterisiert und ermöglicht einen ausreichenden Rückversatz für die Führung von zu kühlendem Öl.In an advantageous first embodiment, the at least one segment side surface of an individual tilting segment can be written on at least in a partial area of its extension, preferably completely viewed between the bearing surface and the outer surface, by a flat surface which is at an angle in the range of 20° to 45° to the theoretical one through the bearing axis and a perpendicular to this plane which can be described in the radial direction by the respective segment edge and is referred to as the segment edge radial plane. The offset in the segment, viewed in the direction of the radial outer surface, can be varied via the size of the angle between the segment edge plane and the flat surface. In an advantageous embodiment of the first embodiment, the segment side surfaces of an individual tilting segment pointing away from one another are aligned at least partially, preferably completely, parallel to one another. In particular, the completely parallel design is characterized by minimal manufacturing effort and allows a sufficient set-back for guiding the oil to be cooled.
Um Totgebiete für den induzierten Ölwirbel aus Warmöl auch bei Zufuhr von zu kühlendem Öl in die Segmenttaschen zwischen den benachbarten Kippsegmenten bei Ausbildung mit parallelen Segmentseitenflächen möglichst gering zu halten oder ganz zu vermeiden, ist es gemäß einer vorteilhaften zweiten Ausführung vorgesehen, eine einzelne Segmentseitenfläche eines einzelnen Kippsegmentes zumindest in einem Teilbereich von deren Erstreckung zwischen Lagerfläche und Außenfläche betrachtet, vorzugsweise vollständig durch eine konkav gekrümmte Fläche zu beschreiben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Krümmung der konkav gekrümmten Fläche zumindest teilweise kreisbogenförmig, zylindrisch, elliptisch oder durch zumindest einen, oder eine Abfolge von Radien charakterisiert ist. Bei dieser Lösung erfolgt der maximale Materialabtrag am Segment, insbesondere der Segmentseite nicht im Bereich des Überganges zur radialen Außenfläche sondern innerhalb der Erstreckung der Segmentseitenfläche und damit wesentlich näher am Bereich des Temperaturmaximums.In order to keep dead areas for the induced oil vortex from warm oil as small as possible or to avoid them entirely, even when oil to be cooled is fed into the segment pockets between the adjacent tilting segments when designed with parallel segment side surfaces, an advantageous second embodiment provides for a single segment side surface of a single segment Viewed tilting segment at least in a portion of their extension between the bearing surface and the outer surface, preferably completely to be described by a concave curved surface. It is particularly advantageous if the curvature of the concavely curved surface is at least partially in the form of an arc of a circle, cylindrical, elliptical or is characterized by at least one or a sequence of radii. With this solution, the maximum material removal on the segment, in particular the segment side, does not take place in the area of the transition to the radial outer surface but within the extent of the segment side surface and thus much closer to the area of the maximum temperature.
Das einzelne Kippsegment kann dabei symmetrisch oder aber auch asymmetrisch bezüglich einer Ebene, welche durch die Lagerachse und einer Senkrechten durch die Mitte der Erstreckung der Lagerfläche in Umfangsrichtung charakterisiert ist, ausgebildet sein. Die symmetrische Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Einbau richtungsunabhängig, insbesondere unabhängig auch von der Laufrichtung der zu lagernden Welle erfolgen kann, während bei asymmetrischer Ausbildung gezielt auf Anforderungen des Einsatzfalles eingegangen werden kann.The individual tilting segment can be embodied symmetrically or else asymmetrically with respect to a plane which is characterized by the bearing axis and a perpendicular through the center of the extent of the bearing surface in the circumferential direction. The symmetrical configuration offers the advantage that the installation can take place independent of the direction, in particular also independently of the running direction of the shaft to be supported, while with an asymmetrical configuration, the requirements of the application can be addressed in a targeted manner.
Ein Kippsegmentlager weist wenigstens zwei, vorzugsweise eine Mehrzahl von Kippsegmenten auf. Diese sind je nach Anordnung im Kippsegmentlager und Einbau des Kippsegmentlagers als Lastsegment oder Nicht-Lastsegment im Einsatz. Um das Lager möglichst einfach zu gestalten und keine spezielle Ausrichtung des Lagers beim Einbau vornehmen zu müssen, sind vorzugsweise alle Kippsegmente identisch ausgeführt oder aber zumindest die jeweils in gleicher Richtung weisenden Segmentseitenflächen einer Mehrzahl, vorzugsweise aller einzelnen Kippsegmente sind identisch ausgebildet.A tilting pad bearing has at least two, preferably a plurality of tilting pads. Depending on the arrangement in the tilting pad bearing and the installation of the tilting pad bearing, these are used as a load segment or non-load segment. In order to make the bearing as simple as possible and not to have to make any special alignment of the bearing during installation, preferably all are tilting Segments are designed identically or at least the segment side surfaces of a plurality, preferably all individual tilting segments, pointing in the same direction, are designed identically.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung weisen die beiden voneinander wegweisenden und in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Seitenflächen eines einzelnen Kippsegmentes in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche zur radialen Außenfläche betrachtet zumindest einen Teilbereich auf, welcher gegenüber einer theoretischen durch die Lagerachse und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung durch die jeweilige Segmentkante beschreibbaren Ebene zurückversetzt ist. Das Lager ist einfach ausgestaltet und damit vollkommen richtungsunabhängig einbaubar.In a particularly advantageous embodiment, the two side surfaces of an individual tilting segment that face away from one another and point in the circumferential direction in the installed position have at least one partial region, viewed in the direction of extension from the bearing surface to the radial outer surface, which, compared to a theoretical through the bearing axis and a perpendicular to this in the radial direction the respective segment edge writable level is set back. The bearing has a simple design and can therefore be installed in any direction.
Für Ausführungen von Lagern, welche hauptsächlich in nur einer Umlaufrichtung der zu lagernden Welle zum Einsatz gelangen sollen, liegt die jeweils andere der beiden Segmentseitenflächen eines einzelnen Kippsegmentes in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche zur radialen Außenfläche betrachtet in einer durch die Lagerachse und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung beschreibbaren Ebene. D.h. lediglich eine Segmentseitenfläche weist den Rückversatz auf.For designs of bearings which are mainly to be used in only one direction of rotation of the shaft to be supported, the other of the two segment side surfaces of an individual tilting segment, viewed in the direction of extension from the bearing surface to the radial outer surface, lies in a direction through the bearing axis and a perpendicular to it radial direction writable plane. I.e. only one segment side face has the setback.
Ist eine der Segmentseitenfläche, vorzugsweise die Segmentgleitfläche der Austrittskante rückversetzt, die jeweils gegenüberliegende Segmentseitenfläche, in der bevorzugten Ausführung die an der Eintrittskante jedoch nicht, ergeben sich auch Vorteile hinsichtlich der Fertigung. Das Kippsegment ist dazu mittels Spannbacken zu fixieren. Sind sowohl die Segmentseitenflächen an der Austritts- als auch Eintrittskante zurückgestellt (beide Kanten parallel) ist die Position des Segments in x-Richtung nicht definiert. Dazu müssen die Spannbacken einen zusätzlichen Anschlag im Bereich der Rückenfläche sowie im Bereich der Lauffläche aufweisen. Der Anschlag im Bereich der Lauffläche behindert jedoch die Zugänglichkeit zur Bearbeitung der Lauffläche. Bei Ausführung mit Rückversatz einer der Segmentseitenflächen ist bei der Bearbeitung eine eindeutige Positionierung in x-Richtung möglich bei gleichzeitig uneingeschränkter Zugänglichkeit der Lauffläche.If one of the segment side surfaces, preferably the segment sliding surface of the trailing edge, is set back, but the respectively opposite segment side surface, in the preferred embodiment that on the leading edge, is not, there are also advantages in terms of production. The tilting segment is to be fixed using clamping jaws. If both the segment side faces are set back at the exit and entry edge (both edges are parallel), the position of the segment in the x-direction is not defined. For this purpose, the clamping jaws must have an additional stop in the area of the back surface and in the area of the running surface. However, the stop in the area of the running surface impedes accessibility for processing the running surface. If one of the segment side surfaces is set back, a clear positioning in the x-direction is possible during processing with unrestricted access to the running surface at the same time.
Bei bevorzugter Ausbildung mit Rückversatz der Segmentseitenfläche an der Austrittskante kann das Öl näher an die Stelle der höchsten Temperaturen geführt werden, sodass eine höhere Wärmeabfuhr weiterhin gewährleistet wird, da im Betrieb die max. Temperaturen an der Austrittskante auftreten.In a preferred embodiment with the segment side surface set back at the trailing edge, the oil can be guided closer to the point of the highest temperatures, so that greater heat dissipation is still guaranteed, since the maximum temperatures occur at the trailing edge during operation.
Für bestimmte Einsatzerfordernisse können die einzelnen Kippsegmente in einer Weiterbildung jeweils hinsichtlich der Segmentseitenflächen unterschiedlich zueinander ausgeführt sein. Insbesondere ist eine unterschiedliche Ausgestaltung der in Einbaulage als Lastsegmente fungierenden Kippsegmente gegenüber den als Nicht-Lastsegmente fungierenden Kippsegmenten möglich. So ist es beispielsweise denkbar, dass nur die belasteten Kippsegmente die Rückstellungen aufweisen und die unbelasteten Segmente die radiale Fläche ausbilden, d.h. gemäß Standardausführung ausgebildet sind. Somit können bisher im Einsatz befindliche Standardlager durch Austausch (z.B. Retrofit) modifiziert werden, indem nur die belasteten Segmente und nicht alle Elemente ausgetauscht werden. Das reduziert im Vergleich zu einem Komplettaustausch Kosten.For specific application requirements, the individual tilting segments can be designed differently from one another in a further development with regard to the segment side surfaces. In particular, a different configuration of the tilting segments functioning as load segments in the installed position compared to the tilting segments functioning as non-load segments is possible. For example, it is conceivable that only the loaded tilting segments have the resets and the unloaded segments form the radial surface, i.e. are formed according to the standard design. This means that standard bearings that have been in use up to now can be modified by replacing (e.g. retrofitting) by only replacing the loaded segments and not all of the elements. This reduces costs compared to a complete replacement.
Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere für Kippsegmentlager geeignet, bei welchen das einzelne Kippsegment sich mit der radialen Außenfläche direkt am Innenumfang des Lagergehäuses abstützt, wobei die radiale Außenfläche des einzelnen Kippsegmentes durch einen Radius beschreibbar ist, welcher kleiner als der Innenradius des Lagergehäuses ist. Die Führung des Kippsegmentes erfolgt somit fest durch das Lagergehäuse vorgegeben und frei von zusätzlichen Maßnahmen, wie zusätzliche Druckblöcke etc. zwischen Kippsegment und Lagergehäuse. Der Gesamtaufbau des Lagers ist einfach und dieses aufgrund der geringen Fertigungsanforderungen auch kostengünstig herstellbar.The solution according to the invention is particularly suitable for tilting pad bearings in which the individual tilting pad is supported with the radial outer surface directly on the inner circumference of the bearing housing, with the radial outer surface of the individual tilting pad being able to be described by a radius which is smaller than the inner radius of the bearing housing. The guidance of the tilting segment is thus firmly specified by the bearing housing and free of additional measures, such as additional pressure blocks, etc. between the tilting segment and the bearing housing. The overall structure of the bearing is simple and can also be produced inexpensively due to the low production requirements.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einer Segmenttasche, welche von den zueinander weisenden Segmentseitenflächen zweier zueinander benachbart angeordneten Kippsegmente begrenzt wird, eine Einrichtung zur Zufuhr von Kühlöl angeordnet ist oder aber durch das Lagergehäuse in diese mündet. Die Einrichtung zur Kühlölzufuhr hat den Vorteil, dass diese als „Schlitzdüse“ ausgeführt wird, sodass das zugeführte Öl über die komplette Lagerbreite/einen Großteil der Lagerbreite in die Segmenttasche gelangt und nicht nur punktuell wie das unter Verwendung von einzelnen Öldüsen der Fall wäre. Ein über die Lagerbreite zugeführtes Kühlöl begünstigt eine homogenere Ausbildung der Strömung in der Segmenttasche.In a further development it is provided that a device for supplying cooling oil is arranged in a segment pocket, which is delimited by the mutually facing segment side faces of two mutually adjacent tilting segments, or opens into this through the bearing housing. The device for supplying cooling oil has the advantage that it is designed as a "slit nozzle", so that the supplied oil reaches the segment pocket over the entire bearing width/a large part of the bearing width and not just at certain points, as would be the case when using individual oil nozzles. Cooling oil supplied across the width of the bearing promotes a more homogeneous development of the flow in the segment pocket.
Des Weiteren kann durch die Ölzuführeinrichtung das Kühlöl gezielt an die Segmentaustrittkante geleitet werden, was die Ausbildung des Strömungswirbels in der Segmentlücke unterstützt. als „Schlitzdüse“ ausgeführt wird, sodass das zugeführte Öl über die komplette Lagerbreite/einen Großteil der Lagerbreite in die Segmenttasche gelangt und nicht nur punktuell wie das unter Verwendung von einzelnen Öldüsen der Fall wäre. Ein über die Lagerbreite zugeführtes Kühlöl begünstigt eine homogenere Ausbildung der Strömung in der Segmenttasche.Furthermore, the cooling oil can be guided to the segment outlet edge in a targeted manner by the oil supply device, which supports the formation of the flow vortex in the segment gap. is designed as a "slit nozzle" so that the supplied oil reaches the segment pocket over the entire bearing width/a large part of the bearing width and not just at certain points, as would be the case when using individual oil nozzles. Cooling oil supplied across the width of the bearing promotes a more homogeneous development of the flow in the segment pocket.
Des Weiteren kann durch die Ölzuführeinrichtung das Kühlöl gezielt an die Segmentaustrittkante geleitet werden, was die Ausbildung des Strömungswirbels in der Segmentlücke unterstützt.Furthermore, the cooling oil can be guided to the segment outlet edge in a targeted manner by the oil supply device, which supports the formation of the flow vortex in the segment gap.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
-
1a ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten gemäß einer ersten Ausführung in der Ansicht auf die Lagerbohrung; -
1b einen Ausschnitt aus1a ; -
1c ein Kippsegment gemäß 1a ,1b in perspektivischer Darstellung; -
2 ein Kippsegment gemäß einer zweiten Ausführung mit konkav gekrümmter Fläche in perspektivischer Darstellung -
3 ein Kippsegment gemäß einer kombinierten Ausführung mit konkav gekrümmter und ebener Fläche in perspektivischer Darstellung -
4a und 4b einen Ausschnitt aus einem Kippsegmentlagermit Kippsegmenten gemäß 3 ; -
5 ein Kippsegment mit unterschiedlich ausgebildeten Segmentseitenflächen: -
6 ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten unterschiedlicher Ausführung.
-
1a a tilting pad bearing with tilting pads according to a first embodiment in the view of the bearing bore; -
1b a snippet1a ; -
1c a tilting segment according to1a ,1b in perspective view; -
2 a tilting segment according to a second embodiment with a concave curved surface in a perspective view -
3 a tilting segment according to a combined embodiment with a concavely curved and flat surface in a perspective view -
4a and4b according to a section of a tilting pad bearing withtilting pads 3 ; -
5 a tilting segment with differently designed segment side faces: -
6 a tilting pad bearing with tilting pads of different designs.
Die
Das Lagergehäuse 2 kann dabei beispielsweise von einer zylindrischen Hülse, Buchse oder einem anderen Grundkörper gebildet werden. Dieses kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht dieses aus zumindest zwei Halbschalen. Denkbar ist auch eine Ausführung aus mehreren Teilschalen, die in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA einander benachbart angeordnet sind und miteinander kraft- und/oder formflüssig verbindbar sind.The bearing
Das Kippsegmentlager 1 umfasst ferner wenigstens 2, vorzugsweise mehrere, relativ zum Lagergehäuse 2 beweglich angeordnete und beabstandet zur Lagerachse LA in Umfangsrichtung um diese zueinander benachbart angeordnete erfindungsgemäße Kippsegmente 3, hier beispielhaft 3, 3.2 bis 3.5. Die Kippsegmente 3, 3.2 bis 3.5 dienen der Lagerung und Abstützung einer hier nicht dargestellten Welle um ihre Längsachse. Die einzelnen Kippsegmente 3, 3.2 bis 3.5 umfassen in Einbaulage in radialer Richtung ausgehend von der mit der Längsachse LA zusammenfallenden Lagerachse betrachtet dazu jeweils eine radial innere Lagerfläche 5 und eine radiale Außenfläche 6, mit welcher sich das einzelne Kippsegmente 3, 3.2 bis 3.5 wenigstens mittelbar an einem Anschlussbauteil, insbesondere einer Tragfläche 7 am Lagergehäuse 2 abstützen. Die Beschreibung und Kennzeichnung an den Segmenten erfolgt aus Übersichtlichkeits- und Vereinfachungsgründen beispielhaft für das Kippsegment 3. Die Abstützung erfolgt hier direkt mit der radialen Außenfläche 6 am die Tragfläche 7 bildenden Innenumfang 8 des Lagergehäuses 2. Die Abstützung erfolgt nicht vollflächig sondern linien- oder teilflächig. Die radiale Außenfläche 6 des einzelnen Kippsegmentes 3 ist dazu durch einen Radius r3-A beschreibbar, welcher kleiner als der Innenradius r2-l des Lagergehäuses 2 ist.The tilting pad bearing 1 also comprises at least 2, preferably several, tilting
Das einzelne Kippsegment 3 weist ferner eine die Lagerfläche 5 und die radiale Außenfläche 6 miteinander verbindende und in Umfangsrichtung weisende Segmentseitenfläche 9.1, 9.2 auf, wobei der Übergang zwischen Lagerfläche 5 und einzelner Segmentseitenfläche 9.1 bzw. Lagerfläche 5 und Segmentseitenfläche 9.2 jeweils eine erste und eine zweite Segmentkante 10.1, 10.2 am Kippsegment 3 beschreibt. Die Segmentkanten 9.1 und 9.2 begrenzen die Lagerfläche 5 in Umfangsrichtung. Diese entsprechen in Einbaulage jeweils einer Einlaufkante und einer Auslaufkante. Die Begrifflichkeit Einlaufkante und Auslaufkante bezieht sich dabei auf die Anordnung des Kippsegmentes 3 gegenüber einer Welle und deren Drehrichtung. Die in Drehrichtung der Welle dabei zuerst erreichte Segmentkante, hier 9.1 wird als Einlaufkante bezeichnet, die in Drehrichtung hinter der Einlaufkante liegende Segmentkante 9.2 als Auslaufkante.The
Erfindungsgemäß weist zumindest eine der in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Segmentseitenflächen 9.1 und/oder 9.2 eines einzelnen Kippsegmentes 3 in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche 5 zur radialen Außenfläche 6 betrachtet zumindest einen Teilbereich 11 auf, welcher gegenüber einer theoretischen durch die Lagerachse LA und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung durch die jeweilige Segmentkante 10.1, 10.2 beschreibbaren Ebene, welche auch als Radialebene ER-10.1, ER-10.2 bezeichnet wird, zurückversetzt. Der durch den Rückversatz charakterisierte Bereich ist mit 12 bezeichnet. Dieser beschreibt bei der Ausführung gemäß
Im der dargestellten ersten Ausführung für die Kippsegmente 3 sind die in Umfangsrichtung voneinander wegweisenden Segmentseitenflächen 9.1, 9.2 durch eine ebene Fläche diese durch eine ebene Fläche 14,1, 14.2 charakterisiert. Die Segmentseitenflächen 9.1 und 9.2 sind parallel zueinander angeordnet und die Kontur bzw. dass die Segmentseitenfläche 9.1, 9.2 beschreibende Profil ist in der Ansicht auf die Y-Z-Ebene in Erstreckungsrichtung in Längsrichtung, d.h. parallel zur Lagerachse LA betrachtet frei von einer Änderung.In the illustrated first embodiment for the tilting
Die in Umfangsrichtung jeweils zueinander weisenden Segmentseitenflächen 9.1 und 9.2 zweier benachbart in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneter Kippsegmente 3 begrenzen in Umfangsrichtung eine sogenannte Segmenttasche 13, in welcher, wie in
Die in der
Die
Die
Die in den
Denkbar, hier jedoch nicht dargestellt, ist auch die unterschiedliche Ausbildung der Segmentseitenflächen eines einzelnen Kippsegmentes 3, beispielsweise aus einer Kombination einer der Ausführungen gemäß der
Desweiteren ist es denkbar, die einzelnen Kippsegmente 3 eines Kippsegmentlagers 1 unterschiedlich zueinander hinsichtlich der Ausgestaltung der Segmentseitenflächen 9.1 und 9.2 auszuführen, so dass unterschiedliche Typen von Kippsegmenten in einem Lager zum Einsatz gelangen.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kippsegmentlagertilting pad bearing
- 22
- Lagergehäusebearing housing
- 3, 3.2 bis 3.53, 3.2 to 3.5
- Kippsegmenttilting segment
- 44
- Lagerbohrungbearing bore
- 55
- Lagerflächestorage area
- 66
- radiale Außenflächeradial outer surface
- 77
- Tragflächewing
- 88th
- Innenumfanginner circumference
- 9.1,9.29.1,9.2
- Segmentseitenflächensegment faces
- 10.1, 10.210.1, 10.2
- Segmentkantensegment edges
- 1111
- Teilbereichsubarea
- 1212
- Rückversatzsetback
- 1313
- Segmenttaschesegment pocket
- 14.1, 14.214.1, 14.2
- ebene Flächeflat surface
- 1515
- Bereich TemperaturmaximumMaximum temperature area
- 1616
- Kühlölstromcooling oil flow
- 17.1, 17.217.1, 17.2
- konkav gekrümmte Flächeconcave curved surface
- 1818
- Zufuhrelementfeeding element
- LAL.A
- Lagerachsebearing axis
- ER-10.1; ER-10.2ER-10.1; ER-10.2
- Radialebeneradial plane
- X, Y, ZX,Y,Z
- Richtungen Koordinatensystemdirections coordinate system
- WW
- WelleWave
- r2-l, r3-Ar2-l, r3-A
- Radienradii
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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