DE2040798C2 - Kippsegment-Radialgleitlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kippcsgment- Radialgleitlager der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art.

Derartigen beispielsweise aus der GB-PS 8 83 820 bekannten, mit Kippsegmenten versehenen Radialgleitlagern haftet der Nachteil an, daß sich in dem öl Wirbel oder Turbulenzen bilden und der Ölfilm abreißt, so daß eine Maschine bestimmte, vorgegebene Geschwindigkeiten oder Belastungen nicht überschreiten darf. Außerdem haben die öiwirbelbiidung und das Abreißen des Ölfilms einen Leistungsverlust und den Nachteil zur Folge, daß Luft in das Schmieröl gelangt. Die bekannten, mit Kippsegmenten versehenen Radialgleitlager haben zwar eine große Laufstabilität, die Kosten sind jedoch infolge der relativ hohen Leistungsverluste in den Lagern nicht zu vernachlässigen.

Bei den Kippsegment-Radialgleitlagern wird bei der Drehung der Welle das Schmieröl derart aufgenommen, daß sich ein hydrodynamischer Schmierkeil zwischen der Oberfläche der Welle und der inneren Gleitfläche der Kippsegmente ausbildet. Es ist auch ein mit Kippsegmenten versehenes Radialgleitlager bekannt, bei dem ein an einem belasteten Kippsegment erzeugter, hydrodynamischer Druck einen diametral gegenüberliegenden Kippsegment zugeführt wird, um ^b"' es hydrostatisch zu belasten, um so eine öiwirbelbiidung zu verhindern. Eine derartige Konstruktion ist jedoch kostenaufwendig und hat einen großen Raumbedarf.

Außerdem besteht die Gefahr der Leckbildung.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydrostatisches Lager zu schaffen, das von einer äußeren ölzufuhr unabhängig ist und demgemäß eine geringere ölmenge erfordert und im Bereich jedes einzelnen Kippsegments die Dämpfungswirkung verbessert und die ölwirbelbildung reduziert.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgeschlagen.

Es ist zwar bekannt (US-PS 21 37 487), die Kippelemente für ein Axiallager mit einem Kanal zu versehen, durch den aufgrund einer Druckdifferenz zwischen den beiden öffnungen des Kanals Schmieröl fließt, doch können die für ein Axiallager vorgesehenen Kippelemente hinsichtlich ihrer Ausbildung, Anordnung und Wirkungsweise nicht mit Kippsegmenten für Radialgleitlager verglichen werden. Die bekannten Kippelemente sind in einer Kugelpfanne gelagert und ermöglichen sogar eine Drehung um ihre Figurenachse. Jedes Kippelement hat eine einzige zentrale Bohrung. Der einen Teil des Axiallagers bildende Flansch des Läufers läuft in einem Ölbad um, das eine Keilkraftschmierung zwischen dem Kippelement und dem Flansch ermöglicht Der erhöhte Druck des Schmierkeils wird durch die Bohrung der Kugelpfanne zugeführt, um diese zu schmieren, ohne daß im Bereich der Kugelpfanne ein hydrostatisches Lager erzeugt wird, wofür eine entsprechende Ausnehmung fehlt.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß jedes einzelne Kippsesment auf einem hydrostatischen Kipplager gehalten, das durch den hydrodynamischen Druck des keilförmigen Ölfilms an dem gleichen Kippsegment bei der Rotation der Welle ausgebildet wird. Es braucht deshalb zur Ausbildung des hydrostatischen Kipplagers kein zusätzliches öl von außen zugeführt zu werden, so daß eine relativ geringe Ölmenge ausreicht.

Die hydrostatische Abstützung jedes einzelnen Kippsegments genügt zwei Funktionen. Die erste Funktion besteht darin, daß das ölpolster für die Kippsegmente wie ein Kipplager wirkt, so daß sich die Kippsegmente entsprechend der Drehung der Welle zur Ausbildung des hydrodynamischen Schmierkeils in die richtige Stellung bewegen können. Die zweite Funktion besteht darin, daß sich die Kippsegmente an Durchbiegungen oder Unebenheiten der Welle anpassen können. Bei jedem Kippsegment wird der höchste hydrodynamische Druck an einer Stelle erreicht, die etwa bei 58% der Umfangslänge des Kippsegments liegt, gemessen von der — bezogen auf die Rotation der Welle — vorderen Kante des Kippsegments. Bei bekannten Kippsegment-Radialgleitlagern für eine Drehung der Welle in beiden Richtungen muß der Kippunkt genau in der Mitte liegen, also an einer Stelle, die bei 50% der in Umfangsrichtung gemessenen Länge des Kippsegments liegt. Aus diesem Grunde kann bei den bekannten Gleitlagern keine optimale Belastbarkeit erzielt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Gleitlager ist es durch die Verwendung von unter Druck stehendem öl als Kipphalterung für die Kippsegmente möglich, eine maximale Belastbarkeit in beiden Rotationsrichtungen zu erzielen. Ein weiterer Vorteil dieses Gleitlagers besteht in dem doppelten Dämpfungseffekt gegen Vibrationen. Das bedeutet, daß der hydrodynamische Schmierkeil zwischen jedem Kippsegment und der Welle und das hydrostatische Kipplager zwischen dem Kippsegment und dem Trägerring Vibrationen der Welle dämpfend ausgleichen. Eine Ölwirbelbildung wird vermieden. Die Herstellungs- und Unterhaltungskosten

des Gleitlagers, der Ölverbrauch und der Raumbedarf sind gering. Die Leistungsverluste sind niedrig.

Um das Gleitlager für Umdrehungen der Welle in beiden Richtungen auszulegen, kann vorgesehen werden, daß mit zwei in Umfangsrichtung uriter Abstand voneinander angeordneten Ölzuführungskanälen versehene Kippsegmente jeweils zwei Verbindungskanäle aufweisen, deren Einlaßöffnungen an der inneren Gleitfläche des betreffenden Kippsegments in Umfangsrichtung einen Abstand voneinander haben und die zu je einer Ausnehmung an der Außenfläche des Kippsegments führen.

Um ein Radialgleitlager zu schaffen, das sich noch besser Änderungen der Geschwindigkeit, der Belastung, der Schmiermittelviskosität und der Durchbiegung der Welle anpaßt, kann vorgesehen sein, daß der Trägerring für jedes Kippsegment mit einer Kugel versehen ist und an der Außenfläche des betreffenden Kippsegments eine sphärische Aussparung zur Aufnahme der Kugel und zur Erzeugung des hydrostatischen Kipplagers vorgesehen ist. Die sphärische Aussparung für die Kugel kann in der Mitte des Kippsegments angeordnet sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht — teilweise im Schnitt — des Kippsegment-Radialgleitlagers,

F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht eines Kippsegments und

Fig.4 einen Detailschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kippsegment-Radialgleitlagers.

Eine Welle 10 ist mittels Kippsegmenten 20 innerhalb eines Trägerrings 12 gelagert, der in einem nicht dargestellten Maschinengehäuse angeordnet ist. Der Trägerring 12 kann durchgehend ausgebildet oder gemäß F i g. 1 geteilt sein. Die Teile des Trägerrings 12 sind mittels Bolzen 14 und Paßstiften 15 zusammengehalten. Die Kippsegemente 10 befinden sich in einer Ausdrehung 16 des Trägerrings 12, die auch durch die innere Umfangsfläche des Trägerrings 12 und zwei an den Stirnseiten des Trägerrings 12 angeordnete Ölabdichtungsringe 13 gebildet sein kann. An der äußeren Umfangsfläche des Trägerrings 12 sind drei Ölnuten vorgesehen. Über die mittlere ölnut 17 wird einer Gleitfläche 30 der Kippsegmente 20 öl mit geringem Druck zugeführt. Die beiden äußeren Ölnuten 19 sind Drainage- bzw. Spülnuten.

Das durch die Ölnut 17 zugeführte Schmieröl wird der Lauffläche der Welle 10 und den Gleitflächen 30 der Kippsegmente 20 über mehrere Anschlagelemente 22 für die Kippsegmente 20 zugeführt. Die Anschlagelemente 22 sind in dem Trägerring 12 mittels Federringen 24 gehalten. Jedes Anschlagelement 22 weist einen axialen Kanal 26 und einen Querkanal auf, durch die das öl aus der ölnut 17 jeweils einer Öffnung 36 zugerührt wird. Es sind jeweils zwei sich in Achsrichtung der Weile 10 erstreckende, längliche Ausnehmungen 32 über je einen ölzuführungskanal 34 mit je einer zugeordneten Öffnung 36 verbunden, so daß das Öl über die gesamte Gleitfläche 30 des Kippsegments verteilt wird, wenn die Welle rotiert. Die axial verlaufenden Ausnehmungen 32 sind den Enden der Gleitfläche 30 des Kippsegments benachbart symmetrisch angeordnet. Das Schmieröl gelangt daher unabhängig von der Drehrichtung der Welle 10 gleichmäßig an alle Stellen der Gleitfläche.

Der zwischen den inneren Gleitflächen 30 der Kippsegmente gemessene Durchmesser ist etwa gleich dem Durchmesser der WePe 10. Der zwischen den Außenflächen 31 der Kippstgmen;.e gemessene Durchmesser entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der Ausdrehung 16, wobei jedoch genügend Spiel vorhanden sein muß, damit sich die Kippsegmente 20 unter der Wirkung der keilförmigen Ölfilme beim Drehen der Welle 10 ausrichten können. An der Außenfläche 31 jedes Kippsegments 20 sind eine oder mehrere Ausnehmungen 42 geringer Tiefe vorgesehen. Die Ausnehmungen 42 sind zur Ausbildung eines

ίο Öltransports mit der Gleitfläche 30 des betreffenden Kippsegments verbunden. Die Verbindung wird gebildet durch Eintrittsöffnungen 38 an der inneren Gleitfläche des betreffenden Kippsegments und durch von den Eintrittsöffnungen 38 ausgehende Durchführungskanäle 40, die in den Ausnehmungen 42 münden.

In Fig.4 ist eine andere Lagerung eines Kippsegments 50 gezeigt. Die Schmierölzuführung erfolgt von der mit öl gefüllten Nut 17 aus über einen axialen Kanal 56 innerhalb eines Anschlagelements 52. Das Anschlagelement ist in dem Trägerring 12 durch einen Federring 54 gehalten. Der axiale Kanal 56 führt zu einem quer liegenden Kanal 58, der seinerseits mit einem Ölzuführungskanal 62 innerhalb des Kippsegments 50 in Verbindung steht, das mit einer sphärischen Aussparung

2> versehen ist, die zur Aufnahme einer Kugel 44 dient. Die Kugel 44 selbst sitzt etwa zur Hälfte in dem Kippsegment 50 und mit ihrer anderen Hälfte in einer Ausnehmung des Trägerrings 12. Der axiale Kanal 58, der mit dem ölzuführungskanal 62 in Verbindung steht,

jo ist mit Hilfe eine? O-Ringes 60 abgedichtet, der gegen die Außenfläche des Anschlagelements 52 drückt und dabei den Auslaß des Kanals 58 umschließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können axial verlaufende Paßstifte 18 neben den (nicht dargestellten) Bolzen verwendet werden, um den geteilten Trägerring 12 zusammenzuhalten. Das in Fig.4 dargestellte Kippsegment 50 ist mit einem oder mehreren zusätzlichen Kanälen 46 versehen, die sich in Richtung der Gleitfläche des Kippsegments 50 verengen. Die Kanäle 46 münden auf der anderen Seite in die sphärische Aussparung zur Aufnahme der Kugel 44.

Die Wirkungsweise des Radialgleitlagers wird nun anhand der Fig. 1 erläutert. Aus der Ölnut 17 fließt unter Druck öl durch die Anschlagelemente 22 zu den länglichen Ausnehmungen 32 in den Kippsegmenten. Wenn sich die Welle 10 zu drehen beginnt, wird von der Welle Öl aus den Ausnehmungen aufgenommen, und es bildet sich der bekannte keilförmige Ölfilm zwischen der Lauffläche der Welle und den Gleitflächen der Kippsegmente aus. Da zwischen der Lauffläche der Welle und den Gleitflächen der Kippsegmente einerseits und zwischen den Außenflächen der Kippsegmente und der Ausdrehung 16 des Trägerrings 12 andererseits ein Spiel besteht, führen die Kippsegmente unter dem

Einfluß des keilförmigen Ölfilms eine Kippbewegung aus. Wenn der Schmierkeil ausgebildet ist, wird auf das öl von der sich drehenden Welle ein hoher Druck ausgeübt. Das unter hohem Druck stehende Öl strömt deshalb durch die Eintrittsöffnungen 38 und die Kanäie

μ 40 in die Ausnehmung bzw. Ausnehmungen 42 an der Außenseite 31 der Kippsegment. Dadurch füllt sich die Ausnehmung 42 mit unter Druck stehendem Öl und erzeugt eine hydrostatische Druckzone, die ein hydrostatisches Kipplager zwischen den Kippsegmenten und

*>"' der Ausdrehung 16 bildet. Die Kippsegmente schwimmen daher zwischen der Welle 10 und dem Trägerring 12 auf zwei unter hohem Druck stehenden Ölfilmen. In dem Ölfilm herrscht ein Druckeefälle. Diejenige

Ausnehmung, die dem hinteren Ende des ölkeils am nächsten liegt, steht unter dem größten Druck. Es stellt sich dadurch ein Gleichgewichtszustand ein, daß Öl über die Außenfläche 31 des Kippsegments fließt. Der Effekt der Ausbildung eines Öldrucks unter dem Kippsegment ΐ ist ähnlich demjenigen, der bei einem Kippsegment auftritt, bei dem das öl rein hydrostatischen Druckbedingungen unterliegt. Das bedeutet, daß das Kippsegment frei zwischen zwei Ölfilmen schwimmt; die Reibungsverluste in dem Lager werden dadurch m minimal.

Das in F i g. 4 dargestellte auf einer Kugel gelagerte Kippsegment 50 bildet ebenfalls einen keilförmigen Ölfilm, und es wird auch hier öl durch die öffnung bzw. öffnungen 48 und durch die zusätzlichen Kanäle 46 in i > die sphärische Aussparung zur Aufnahme der Kugel 44 gedrückt. Das hat zur Folge, daß sich an der Kugel 44 ein hydrostatischer Ölfilm ausbildet, der das Kippsegment 50 vollständig von der Kugel 44 abhebt.

Bei beiden Ausführungsbeispielen sind außerdem in >o dem Trägerring Kanäle 21 vorgesehen, durch die Schmieröl hindurchtreten kann, das von den Gleitflächen der Kippsegmente 20, 50 abgestreift worden ist. Das durch die Kanäle 21 hindurchtretende überschüssige öl wird den Drainage- bzw. Spülnuten 19 zugeführt. 2>

Bei beiden Ausführungsbeispielen hat die Drehrichtung der Welle 10 keinen Einfluß auf die Ausbildung der hydrostatischen Kipplager. Die in der inneren Gleitfläche der Kippsegmente 20, 50 vorgesehenen Öffnungen sind symmetrisch zu den Kanten der Kippsegmente angeordnet, so daß ein Teil des unter Druck stehenden Öls des keilförmigen Ölfilms unabhängig davon, ob die Welle 10 sich im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn dreht, entweder in die Ausnehmungen 42 oder in die sphärische Aussparung zur Aufnahme der Kugel 44 gedrückt wird.

Das Abziehen des überschüssigen Schmieröls wird durch die Kombination der ölabdichtungsringe 13, der Kanäle 21 und der Drainage- bzw. Spülnuten 19 sowie durch die Köpfe 23 der Anschlagelemente 22 für die Kippsegmente bewirkt. Die Anschlagelemente sind in dem Trägerring so angeordnet, daß sie schwimmen, d. h. sie können eine geringe radiale Bewegung ausführen. Wenn die Welle 10 gedreht wird, liegen die Köpfe 23 der Anschlagelemente 22 leicht an der Welle an. Die Köpfe 23 haben zweekmäßigerweise gemäß F i g. 2 eine Rautenform. Mit der rautenförmigen Kontaktfläche liegen die Köpfe 23 an der Lauffläche der Welle an und streifen überschüssiges öl von der Lauffläche ab. Das überschüssige öl wird zu den ölabdichtungsringen 13 geleitet, von wo aus es durch die Kanäle 21 in die Drainage- bzw. Spülnuten 19 gelangt.

Die Anschlagelemente 22 sichern die Kippsegmente gegen ein Verschieben in Umfangsrichtung. Da sie sich außerdem radial zwischen die Kippsegmente erstrekken, halten sie die Kippsegmente auch gegen eine radiale Verschiebung nach innen zurück.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kippsegment-Radialgleitlager für eine Welle mit einem Trägerring für die ICippsegmente, die jeweils mindestens einen ölzuführungskanal aufweisen, durch den der inneren Gleitfläche Schmieröl zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierkeils zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kippsegment (20, 50) zusätzlich mindestens einen Kanal (40,46) aufweist, der dessen innere ι ο Gleitfläche (30) im Bereich des höchsten Schmierkeildrucks mit einer ein hydrostatisches Kipplager erzeugenden Ausnehmung (42) in dessen Außenfläche (31) verbindet

2. Kippsegment-Radialgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit zwei in Umfangsrichtung unter Abstand voneinander angeordneten Ölzuführungskanälen (34,62) für beide Drehrichtungen versehene Kippsegmente (20, 50) jeweils zwei Verbindungskanäle (40,46) aufweisen, deren Einlaß- -o öffnungen (38,48) an der inneren Gleitfläche (30) des betreffenden Kippsegments in Umfangsrichtung einen Abstand voneinander haben und die zu je einer Ausnehmung (42) an der Außenfläche (31) des Kippsegments führen.

3. Kippsegment-Radialgleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (12) füi jedes Kippsegment (50) mit einer Kugel (44) versehen ist und an der Außenfläche des betreffenden Kippsegments eine sphärische Aussparung zur μ Aufnahme der Kugel (44) und zur Erzeugung des hydrostatischen Kipplagers vorgesehen ist.

4. Kippsegment-Radialgleitlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Aussparung für die Kugel (44) in der Mitte des Kippsegments (50) angeordnet ist.