DE2518292A1 - Hydrodynamisches axialdruckgleitlager - Google Patents

Description

MÜLLER-BORE · GRÖEN^NG ■ DEL-FEL · SCHÖN · HERTEL

PAVEN FAN WALTE ? R 1 8 ? 9

BRAUNSCHWEIG · MÜNCHEN · KÖLN

2Ί APR. 1975

Dr. W. Mülier-Boro · Braunschwelg H. Groenlng, Dipl.-Ing. ■ München Dr. P. Deutel, Dipl.-Chem. · München Dr. A. Schön, Dipl.-Chem. · München Werner Hertel, Dipl.-Phys. · Köln

München

Hl/dm - S 2733

Sartorius-Gleitlager GmbH

34 Göttingen

Weender Landstraße 94-102

Hydrodynamisches Axialdruckgleitlager

Die Erfindung "betrifft ein hydrodynamisches Axialdruckgleitlager mit Kippsegmenten, die auf der von ihrer Gleitfläche abgewandten Seite mit einem gewölbten Boden ausgebildet und mit diesem Boden auf einem Srägerring in dessen Umfangsrichtung in einem vorbestimmten Abstand voneinander begrenzt kippbeweglich angeordnet sind mittels mit dem Trägerring verbundener Stifte, die in Richtung ihrer Längsachse ein vorbestimmtes Axialspiel zwischen den Kippsegmenten einerseits und dem Trägerring andererseits zulassen.

Bei einem bekannten Axialdruckgleitlager dieser Art (GB-PS 1 032 743) sind die gemäß einer Ausführungs-

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w. 2 —

form rait gewölbtem Boden auf dem Trägerring aufliegenden Kippsegmente durch Stifte gehalten, die in den Raum zwischen zwei benachbarte Kippsegmente eingesetzt sind und mit einem verbreiterten ICopf in entsprechend gearbeitete Nuten in den radial verlaufenden Stirnflächen der Kippsegmente eingreifen. Die ITtLten sind dabei in ihrer Breite im Verhältnis zur Höhe des Kopfes der Stifte so viel breiter gearbeitet, daß sie ein begrenztes Spiel in Richtung der Längsachse der Stifte für jedes von auf jeder von zwei Seiten durch einen Stift gehaltene Kippsegment zulassen. Dieses Axialspiel in Richtung der Längsachse der Stifte führt dazu, daß die Kippsegmente in engen Grenzen kippbeweglich sind und zwar in Umfangsrichtung des Trägerringes in beiden Richtungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Axialdruckgleitlager der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß in Verbindung mit einem einfacheren Aufbau und einer vereinfachten Montage der Kippsegmerfe und des Trägerringes eine optimale Halterung der Kippsegmente auf dem Trägerring gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß der gewölbte Boden der Kippsegmente eine Zylinderfläche mit sich radial zum Trägerring erstreckendem Rücken bildet und daß jedem Kippsegment ein eigener Stift zugeordnet ist, der durch den gewölbten Rücken des Kippsegmentes eingesetzt in diesem verankert ist.

Bevorzugt wird hierbei jedes Kippsegment auf dem Trägerring aufliegend gehalten durch eine Vorspanneinrichtung mit geeignet gewählter Vorspannkraft derart, daß das Kippen des Kippsegmentes innerhalb der Grenzen des Axialspiels durch eine der Vorspannkraft entgegenwirkende hydrodynamische Kraft herbeiführbar ist.

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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung "besteht darin, daß jedes Kippsegment für sich unabhängig von den anderen Kippsegmenten auf dem zugeordneten Trägerring angebracht werden kann, da jedem Kippsegment ein eigener Stift zugeordnet ist, der montiert werden kann, ohne Beeinflussung durch benachbarte Kippsegmente.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei der Montage des Axialdruckgleitlagers keine losen Kippsegmente die Axialspieleinstellung behindern, da gemäß der Erfindung jedes Kippsegment durch einen in dessen Rücken eingreifenden Stift gehalten wird und der Rücken selbst die zum Kippen erforderliche abrollende Fläche bildet.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Vorspannung der Kippsegmente auf den Trägerring zu besteht darin, daß die Kippsegmente ständig auf dem Trägerring aufliegend gehalten werden und dennoch in der erforderlichen V/eise im Betrieb des Lagers in der gewünschten Richtung abkippen, da die während des Betriebs des Lagers auftretenden hydrodynamischen Kräfte die Vorspannkraft überwinden und das erforderliche Kippen der Kippsegmente herbeiführen können.

Bei einer anderen bevorzugten Y/eiterbildung der Erfindung ist eine den Stift umgebende Zentrierhülse für jedes Kippsegment vorgesehen, die sich in einer ihrem Außendurchmesser angepaßten Bohrung über eine vorbestimmte Länge sowohl in das Kippsegment als auch in den Trägerring erstreckt. Hierbei ist vorteilhafterweise die Zentrierhülse in ihre Bohrung im Trägerring im Preßpaßsitz und in ihre Bohrung im Kippsegment mit vorbestimmtem Spiel eingesetzt.

Ein wesentlicher Vorteil der vorgenannten Ausführungsform besteht darin, daß unabhängig von der Drehrichtung des Gegen-

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gleitStückes die Kippsegmente relativ zu dem Trägerring in dessen Umfangsrichtung nicht verschoben werden können, vielmehr aufgrund der Anordnung der Zentrierhülse und .der Einwirkung der Vorspannkraft immer in ihre ursprüngliche Stellung zurückgeführt werden, sobald das Lager zur Ruhe kommt.

Vorteilhafterweise ist die Vorspanneinrichtung ein elastischer Ring, der bevorzugt zwischen-die Zentrierhülse und einen Kopf des zugeordneten Stiftes eingesetzt ist.

Gemäß einer praktizierten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder Stift an einem Ende einen Kopf und am anderen Ende ein Gewinde auf v/eist und nach Aufschieben des elastischen Ringes durch die durchgehend ausgebildete Bohrung im Trägerring und die in diese im Preßpaßsitz eingesetzte Zentrierhülse in ein zugeordnetes Muttergewinde im Kippsegment eingeschraubt worden ist.

Außerdem ist bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß jedes Kippsegment an jeder seiner beiden in Umfangsrichtung gerichteten Seiten eine radial zum Trägerring verlaufende Stirnfläche aufweist, die - axial zum Trägerring gesehen - von einer oberen und einer unteren geradlinigen, vorstehenden Stirnkante begrenzt und zwischen diesen Stirnkanten von oben nach unten konkav nach innen gewölbt ist.

Bei einer Weiterbildung der vorstehend genannten Ausführungsform sind in die konkav nach innen gewölbten radialen Stirnflächen der Kippsegmente mit einem Gewindebohrer Kühlkanäle eingeschnitten.

Eine andere, besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß in die vorstehenden Stirnkanten der radialen Stirnflächen der Kippsegmente mit einem Kammfräser Kühlkanäle eingefräst sind.

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In Verbindung mit dieser Ausführungsform können die mit Gewindebohrer eingeschnittenen Kühlkanäle fortgelassen werden oder auch zusätzlich in die- gewölbte Fläche außerhalb des Bereichs der eingefrästen Kanäle eingearbeitet sein.

Bevorzugt sind bei der vorstehend beschriebenen Ausführ ungs form die Kanäle mit einem Kammfräser in die Stirnkanten derart tief eingefräst, daß das Gleitmittel während des Betriebs des lagers an der selben Stirnseite jedes Kippsegmentes sowohl in den Spalt zv/ischen dessen Gleitfläche und der Gleitfläche des Gegenstückes eintreten als auch aus diesem Spalt durch die Kanäle in den konkav gewölbten Bereich der zugeordneten Stirnfläche wieder austreten kann.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung "beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt schematisch:

Pig. 1 eine Draufsicht auf einen einteiligen Axialdruckring mit Kippsegmenten,

Fig. 2 eine ' Teilansicht senkrecht zum Radius des Trägerringes in Pig. 1 eines Kippsegmentes und zugeordneten Teils des Trägerringes,

Pig. 3 einen Schnitt in Richtung des Radiusses des Trägerringes in Pig. 1 mitten durch ein Kippsegment, den Trägerring und einen Schalenring,

Pig. 4 eine teilweise Draufsicht einer anderen Ausführungsform des in Pig. 1 gezeigten Axialdruckringes,

Pig. 5 eine Teilansicht senkrecht zum Radius des Trägerringes in Pig; 4 auf zwei Kippsegmente und

Pig. 6 einen Schnitt senkrecht zum Radius des Trägerringes in Pig. 4 durch einen Teil eines Kippsegmentes, und der sich drehenden G-egenlagerflache, wo"bei die Strömung des Gleitmittels schematisch angedeutet ist.

Nach Pig. 1 umfaßt ein Axialdruckgleitlager 10 einen einstückigen Trägerring 12, der in eine Stützschale 14 mit axial gerichtetem Außenbund eingesetzt ist.

Weiterhin sind auf dem Trägerring 12 in dessen Umfangsrichtung in einem vorbestimmten Abstand voneinander Kippsegmente 16 angeordnet, die, wie die Pig. 2 und 3 zusammen deutlich zeigen, auf der von ihrer Gleitfläche abgewandten Seite einen gewölbten Boden 18 aufweisen, der eine Zylinderfläche mit sich radial zum Trägerring 12 erstreckendem Rücken

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bildet.

Jedes Kippsegment 16 liegt mit dem Rücken 20 seines gewölbten Bodens 18 auf dem Trägerring 12 auf und wird auf diesem mittels eines Stiftes 22 gehalten. Der Stift 22 ist durch den Rücken 20 des gewölbten Bodens 18 in das Kippsegment 16 eingesetzt und in diesem verankert.

Eine Zentrierhülse 24 ist nach den Fig. 2 und 3 in eine sich/eine vorbestimmte Länge in den Rücken 20 des gewölbten Bodens 18 des Kippsegmentes 16 hineinerstreckende Bohrung mit Spiel eingesetzt und in einer zugeordneten, durchgehenden Bohrung im Tragring 12 im Preßpaßsitz eingesetzt. Der Stift 22 ist von der von dem Kippsegment 16 abge\vendeten Seite des Trägerrings 12 aus durch die durchgehende Bohrung und die Zentrierhülse 24 hindurch in das Kippsegment 16 eingeführt und in ein in dem Kippsegment 16 vorgesehenes Muttergewinde mit einem an seinem einen Ende ausgebildeten Schraubgewinde eingeschraubt worden. Außerdem ist der Stift 22 an seinem von dem Kippsegment 16 abgewendeten Ende mit einem verbreiterten Kopf 28 ausgebildet.

Ein elastischer Ring 30 mit vorgewählter Vorspannungskraft, beispielsweise ein Federring oder ein Ring aus Gummi oder elastischem Kuriststoff ist zwischen der axial gerichteten inneren Ringfläche des verbreiterten Kopfes 28 des Stiftes 22 und der gegenüberliegenden Stirnfläche der Zentrierhülse 24 angeordnet und übt somit über den Stift 24 auf das Kippsegment eine Yorspannungskraft aus, die das Kippsegment 16 auf den Trägerring 12 aufliegend hält. Die Vorspannungskraft des elastischen Ringes 30 ist derart gewählt, daß das Kippsegment 16 gegenüber den an

hydrcxlyriamischen diesem wahrend des Betriebs des Lagers angreifenden/Kräfte, die abhängig von der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des GegengleitStückes sind, im erforderlichen Maße für ein optimales Lagerverhalten durch Kippen,d.h. durch Abrollen des zylindrisch gewölbten

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Bodens 18 auf den Trägerring 12 ausweichen kann.

Erfindungsgemäß v/erden also die Kippsegmente 16 durch eine Vorspannungekraft auf dem Trägerring 12 aufliegend und dennoch kippbeweglich gehalten. Außerdem sorgt die - Zentrierhülse 24 dafür, daß die Kippsegmente sich auf dem Trägerring 12 nicht in Drehrichtung des Gegen, gleitstückes verschieben können. Die Zentrierhülse 24 verhindert jedoch das erforderliche Kippen der Kippsegmente 16 nicht, da sie in die zugeordnete Bohrung des Kippsegmentes 16 mit ausreichendem Spiel eingesetzt ist.

Da die Zentrierhülse 24 in die durchgehende Bohrung im Trägerring 12 im Preßpaßsitz eingesetzt ist oder in anderer geeigneter V/eise in dem Trägerring 12 fest angebracht ist, können die Kippsegmente 16 sehr einfach auf den Trägerring 12 montiert v/erden, da der zugeordnete Stift 12 von der Rückseite des Trägerrings 12 durch die durchgehende Bohrung und die Zentrierhülse hindurch in das zugeordnete Kippsegment 16 eingeschraubt werden kann, wobei der elastische Ring 30 vorher auf den Stift 22 aufgeschoben worden ist.

Es wird jetzt anhand der Pig. 4-6 eine Weiterbildung der Erfindung beschrieben. In diesen Figuren sind die gleichen Teile wie in den P-ig. 1-3 mit den gleichen Bezugsziffern unter Voraussetzung der Ziffer 1 bezeichnet.

Jedes Kippsegment 16 der in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsform wie auch jedes Kippsegment 116 der in den Pig. 4-6 dargestellten Ausführungsform weist an jeder seiner beiden in Umfangsrichtung gerichteten Seiten eine radial zum Trägerring verlaufende Stirnfläche 32 bzw. 132 auf, die - axial zum Trägerring gesehen - von einer oberen, geradlinigen, vorstehenden Stirnkante 33 bzw. 133 und einer unteren geradlinigen, vorstehenden

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Stirnkante 34 "bzw. 134 begrenzt und zwischen diesen Stirnkanten 33 und 34 bzw. 133 und 134 eine von oben nach unten konkav nach innen gerichtete Wölbiing 35 bzw. 135 aufweist. Die beiden radial verlaufenden Stirnflächen 32 jedes Kippsegmentes 16 der in den Pig. 1-3 dargestellten Ausführungsform mit ihrer konkav nach innen gerichteten Wölbung 35 und den begrenzenden Stirnkanten 33 und 34 können in ihrer Eigenschaft als das Strömungsmittel zurückführende Kühlkanale verbessert werden, indem in diese Flächen beispielsweise mit einem Gewindebohrer sehraubenlinig verlaufende von Rücken getrennte Nuten gearbeitet werden.

Erfindungsgemäß ist jedoch gemäß der in den Pig. 4-6 dargestellten Ausführungsform zur Verbesserung der Führungseigenschaften für das kühlende Strömungsmittel folgendes vorgesehen. In die die konkav nach innen gerichtete Wölbung 135 begrenzenden Stirnkanten 133 und 134 sind bei der dargestellten Ausfuhrungsform mittels eines Kammfräsers Kanäle 136 gearbeitet, und zwar in einer solchen Anzahl und mit einer solchen Tiefe in Richtung auf die konkave Wölbung 135 zu, daß das in Abhängigkeit von der Drehrichtung R des Gegengleitstückes 138 in Richtung der Pfeile P strömende Gleitmittel auf derselben Seite des Kippsegmentes 16 sowohl in den Spalt zwischen dem Kippsegment 116 und dem Gegengleitstück 138 eintreten als auch aus diesem Spalt durch die Kanäle 136 wieder ausströmen kann, wie in Pig. 6 dargestellt ist. Es behindert hierbei infolge der Ausbildung der Kanäle 136 das aus dem Spalt 140 wieder austretende Gleitmittel das eintretende Gleitmittel nicht. Die Kanäle 136 sind hierzu, wie in den Pig. 4-6 deutlich zu erkennen ist, dreieckförmig ausgebildet und mit ihrer Dreieckspitze zum Kippsegment 116 hin gerichtet. Außerdem sind die Kanäle 136 derart nahe nebeneinander angeordnet, daß praktisch der nach außen gerichtet Kamm 142 jedes zwei Kanäle 136 voneinander trennenden Rückens etwa

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genauso breit ist, wie die Basis der dreieckförmigen "benachbarten Kanäle 136. Außerdem sind die Kanäle 136 in die Stirnkanten 133 und 134 so tief in Richtung auf das Kippsegment 116 hin eingearbeitet, daß sie bis zu etwa einem Drittel in die koiikav nach innen gerichtete Wölbung 135 hineinreichen.

Bei der in den Fig. 4-6 dargestellten Ausführungsform sind die die Kippsegmente 116 haltenden Stifte mit zugeordneter Zentrierhülse und elastischem Ring nicht dargestellt. Die Kippsegmente 116 sind jedoch in der gleichen Weise wie die in den Pig. 1-3 dargestellten Kippsegmente 16 auf ihren zugeordneten Trägerring angebracht.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   Hydrodynamisches Axialdruckgleitlager mit Kippsegmenten, die auf der von ihrer Gleitfläche angewandten Seite mit einem gewölbten Boden ausgebildet und mit diesem Boden auf einem Trägerring in dessen Umfangsrichtvmg in einem vorbestimmten Abstand voneinander begrenzt kippbeweglich angeordnet sind mittels mit dem Trägerring verbundener Stifte, die in Richtung ihrer Längsachse ein vorbestimmtes Axialspiel zwischen den Kippsegmenten einerseits und dem Trägerring andererseits zulassen, dadurch geke.η η zeichnet , daß der gewölbte Boden (18;118) der Kippsegmente (16; 116) eine Zylinderfläche mit sich ra.dial zum Trägerring (12) erstreckendem Rücken (20;120) bildet und daß jedem Kippsegment (16;116) ein eigener Stift (22) zugeordnet ist, der durch den gewölbten Rücken (20;120) des Kippsegmentes (16;116) eingesetzt in diesem verankert ist.
2. 2. Axialdruckgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kippsegment (16; 116) auf dem Trägerring (12) aufliegend"gehalten wird durch eine Vorspanneinrichtung (30) mit geeignet gewählter Vorspannkraft derart, daß das Kippen des Kippsegmentes (16;116) innerhalb der Grenzen des Axialspiels durch eine der Vorspannkraft entgegenwirkende Kraft herbeiführbar ist.
3. 3. Axialdruckgleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine den Stift (22) umgebende Zentrierhülse (24) für jedes Kippsegment (16;"116) vorgesehen ist, die sich in einer ihrem Außendurchmesser angepaßten Bohrung über eine vorbestimmte Länge sowohl in das Kippsegment (ΐ6; 116) als auch in den Trägerring (12) erstreckt.

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4. 4. Axialdruckgleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Torspanneinrichtung ein elastischer Ring (30) ist.
5. 5. Axialdruckgleitlager nach .einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der elastische Ring (30) zwischen die Zentrierhülse (24) und einen Kopf (28) des zugeordneten Stiftes (22) eingesetzt ist.
6. 6. Axialdruckgleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierhülse (24) in ihre Bohrung im Trägerring (12) im Preßpaßsitz und in ihre Bohrung im Kippsegment (16; 116) mit vorbestimmten! Spiel eingesetzt ist.
7. 7. Axialdruckgleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Stift (22) an einem Ende einen Kppf (28) und am anderen Ende ein Gewinde aufweist und nach Aufschieben des elastischen Ringes (30) durch die durchgehend ausgebildete Bohrung im Trägerring (12) und die in diese im Preßpaßsitz eingesetzte Zentrierhülse (24) in ein zugeordnetes Muttergewinde (26) im Kippsegment (16) eingeschraubt worden ist.
8. 8. Axialdruckgleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kippsegment (16;116) an jeder seiner beiden in Umfangsrichtung gerichtete Seiten eine radial zum Trägerring (12) verlaufende Stirnfläche (32; 132) aufweist, die - axial zum Trägerring (12) gesehen von einer oberen (33;133) und einer unteren (34;134), geradlinigen, vorstehenden Stirnkante begrenzt und zwischen diesen Stirnkanten (33,34;133,134) von oben

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   nach, unten konkav nach innen gewölbt (35;'135) ist.
9. 9. Axialdruckgleitlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß in die konkav nach innen gewölbten radialen Stirnflächen (32; 132) der Kippsegmente (16; 116) mit einem Gewindebohrer Kühlkanäle eingearbeitet sind.
10. 10. Axialdruckgleitlager nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennz ei chnet, daß in die vorstehenden Stirnkanten (133;134) der radialen Stirnflächen (f32) der Kippsegmente (116) mit vorbestimmten Abstand voneinander Kanäle (136) eingefräst sind, die die obere Gleitfläche mit dem konkav gewölbten Teil (135) der Stirnflächen (132) verbinden.
11. 11. Axialdruckgleitlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Kanäle (136) mit einem Kammfräser in die Stirnkanten (133,134) derart tief eingefrä ob sind, daß das Gleitmittel während des Betriebs des Lagers (110) an derselben Stirnseite (132) jedes Kippsegmentes (116) sowohl in den Spalt (40) zwischen dessen Gleitfläche und der Gleitfläche des Gegengleitstückes (138) eintreten als auch aus diesem Spalt (143) durch die Kanäle (136)

    ■ in den konkav gewölbten Bereich (135) der zugeordneten Stirnfläche (132) wieder austreten kann, ohne die eintretende Strömung zu behindern.

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