EP4409148A1

EP4409148A1 - Kippsegmentlager, insbesondere radialkippsegmentgleitlager

Info

Publication number: EP4409148A1
Application number: EP22786372.7A
Authority: EP
Inventors: Jochen Thielen; Bastian Pfau
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-08-07
Also published as: DE102021124857A1; WO2023046974A1

Abstract

Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager (1) zum Lagern einer Welle oder Achse, umfassend ein Lagergehäuse (2) mit einer entlang einer Lagerachse (LA) ausgerichteten Lagerbohrung (4) und wenigstens zwei relativ zum Lagergehäuse bewegbar und beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese beabstandet zueinander angeordneten Kippsegmente (3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5), wobei das einzelne Kippsegment jeweils eine radial innere Lagerfläche (5) und eine radial äußere Fläche (6) zur Abstützung an einer Tragfläche (7) am Lagergehäuse (2) und diese miteinander verbindende und in Umfangsrichtung zum benachbarten Kippsegment weisende Segmentseitenflächen (9.1, 9.2) aufweist und der Übergang zwischen Lagerfläche und einzelner Segmentseitenfläche eine erste und eine zweite Segmentkante (10., 10.2) am Kippsegment beschreibt. Zumindest eine der in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Segmentseitenflächen (9.1, 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche zur radialen Außenfläche betrachtet weist 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.

Description

Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentgleitlager

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentgleitlager im Einzelnen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 .

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).

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. 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.

CN102518670 A offenbart ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten, welche an den Segmentseitenflächen Ölpassagen aufweist. Ferner sind die Segmentunterkanten ausgespart bzw. mit einer Mehrzahl von Nuten versehen, um die Kühlung durch das Schmiermittel zu verbessern. Die Nuten sind jedoch durch Verschmutzungen im Öl ebenfalls verschmutzungsanfällig und können sich zusetzen, womit der Vorteil der Führung von Kühlöl nicht mehr gegeben ist. Des Weiteren ist ein zusätzlicher Fertigungsschritt zum Herstellen der Nuten erforderlich, was mit zusätzlichen Kosten einhergeht.

Weitere Ausführungen sehen den Einsatz von zusätzlichen Düsen zum Einbringen von Kühlöl vor.

DE19514830 C2 beschreibt eine Anordnung von Öldüsen in Kippsegmentlagern, bei welcher eine Öffnung der Düsen direkt auf die Segmentaustrittskante zielt. JP5026230 A2 beschreibt demgegenüber eine tangential zur Wellenoberfläche erfolgende Anordnung der Düsen. Der Nachteil derartiger Düsenanordnungen ist, dass diese Art der Ölzuführung nicht die durch die Wellendrehung der Auslaufkante nachgelagerte und zwischen den benachbarten Kippsegmenten induzierte Nischenströmung ausnutzt sondern eher behindert, womit ein Wärmeübergang nur bedingt erfolgen kann. Außerdem sind für eine solche Anordnung große Lücken zwischen den Kippsegmenten erforderlich, um die Zugänglichkeit für die Öldüsen sicherzustellen. Aus den großen Segmentlücken folgt dementsprechend, dass die Umschließungswinkel der Segmente selbst geringer ausfallen.

JP58180815 A2 beschreibt eine Ausführung einer Öldüse zum Zuführen von Kühlöl mit Öffnungen in zwei Richtungen, und zwar in Richtung und gegen Richtung der Wellenrotation. Durch das aus der Düse austretende Öl soll das warme Öl von der Welle entfernt werden.

WO19163162A1 beschreibt eine Ausführung mit Ausnutzung der Nischenströmung in der Segmenttasche zwischen zwei benachbart angeordneten Kippsegmenten durch die Möglichkeit der Einstellung der Düsenöffnung relativ zum Kippsegment in Umfangsrichtung.

Neben den Ausführungen mit zusätzlichen Düsen und deren Ausgestaltung sind auch Maßnahmen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit durch Maßnahmen direkt am Kippsegment bekannt.

So offenbart JP2019056429A eine Kippsegmentausführung, bei dem das Kippsegment an der radialen Außenfläche Ausnehmungen in Axialrichtung hat. Die Ölzuführung ist in dieser Ausnehmung angeordnet. Der Nachteil dieses Patentes ist, dass die Ausnehmung das Kippsegment selbst schwächt. Durch die Schwächung ist eine höhere Verformung des Segments zu erwarten, was negative Auswirkungen auf die Temperaturausbildung hat. Des Weiteren ist ein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich, um diese Ausnehmung herzustellen, was zusätzliche Kosten verursacht.

Nachfolgende Druckschriften offenbaren weitere unterschiedlichste Ausführungsformen von Kippsegmenten, die innenliegende Kanäle haben, welche mit Öl durchströmt werden, um somit eine bessere Kühlung sicherzustellen: US9874247 BB, JP2016191402 A2, JP6325915 B2, WO14208196 A1 , JP6304471 B2, US9739310 BB, US8834032 BB, JP4930290 B2, KR100799546 B1 , JP2009030704 A2, US9611886 BB, US9759257 BB. Der Nachteil besteht vor allem darin, dass innenliegende Kanäle zusätzliche/aufwendige/noch nicht für die wirtschaftliche Serienfertigung geeignete Fertigungsverfahren erfordern, was zusätzliche Kosten verursacht. Außerdem wird das Kippsegment durch die innenliegenden Kanäle geschwächt, was eine höhere Segmentverformung unter Last zur Folge hat. Folgende Druckschriften behandeln unterschiedlichste Ausführungsformen von Ölzuführungen an das Kippsegment/an die Kippsegmentkanten, um somit eine bessere Kühlung sicherzustellen: DE112017001058 T5, JP2017141882A2, JP2017026089 A2, KR100817220 B1 , JP2004197890 A2, EP2762735 A1

Diese unterschiedlichen Zuführungen des Öls an die Segmentkanten berücksichtigen ebenfalls nicht die durch die Wellendrehung induzierte Nischenströmung und behindern diese somit.

Unterschiedliche Ausführungsformen der Oberflächen von Kippsegmentrücken und - kanten um somit eine bessere Kühlung infolge vergrößerter Oberflächen sicherzustellen, sind aus folgenden Druckschriften vorbekannt: US2019024707 AA, EP2971821 B1 , CN202867564 U, JP9032848 A2, WO19142383 A1

Deren Nachteil besteht in der Anfälligkeit gegenüber Verschmutzungen und einem zusätzlichen Fertigungsaufwand zur Herstellung solcher Oberflächen.

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: EP3067577 A1 , US9618048 BB, JP6101135 B2, CN102966830 A, EP2588767 B1 , US5738447 A, US2019277338A, CN205780314 U, CN108591245A. Nachteilig ist, dass die das Warmöl beinhaltende thermische Grenzschicht geringer Dicke häufig nicht prozesssicher abtrennbar ist.

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.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. 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.

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.

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.

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. 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.

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. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die eine einzelne Segmentseitenfläche eines einzelnen Kippsegmentes zumindest in einem Teilbereich von deren Erstreckung zwischen Lagerfläche und Außenfläche betrachtet, eine konkav gekrümmte Fläche aufweist. Durch eine konkave Kante entsteht eine Strömungsoptimierte Geometrie des Segmentzwischenraums. So kann sich der Hauptölwirbel in dem Zwischenraum ungehindert ausbilden. Weiterhin werden die Verluste durch Nebenölwirbel vermindert. Dies ermöglicht eine höhere Strömungs-ZUmlaufsgeschwindigkeit des gewollten Hauptwirbels, und somit eine besserer Wärmeübergang/Wärmeabfuhr durch Hauptwirbel.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Des Weiteren kann durch die Ölzuführeinrichtung das Kühlöl gezielt an die Segmentaustrittkante geleitet werden, was die Ausbildung des Strömungswirbels in der Segmentlücke unterstützt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Figur 1a ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten gemäß einer ersten Ausführung in der Ansicht auf die Lagerbohrung;

Figur 1 b einen Ausschnitt aus Figur 1 a;

Figur 1 c ein Kippsegment gemäß Figur 1 a, 1 b in perspektivischer Darstellung;

Figur 2 ein Kippsegment gemäß einer zweiten Ausführung mit konkav gekrümmter Fläche in perspektivischer Darstellung

Figur 3 ein Kippsegment gemäß einer kombinierten Ausführung mit konkav gekrümmter und ebener Fläche in perspektivischer Darstellung

Figuren 4a und 4b einen Ausschnitt aus einem Kippsegmentlager mit Kippsegmenten gemäß Figur 3;

Figur 5 ein Kippsegment mit unterschiedlich ausgebildeten Segmentseitenflächen: Figur 6 ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten unterschiedlicher Ausführung.

Die Figur 1 a verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung beispielhaft den Grundaufbau und die Grundfunktion eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kippsegmentlagers 1 zum Lagern bzw. Abstützen von Wellen W, umfassend ein Lagergehäuse 2 mit einer entlang einer Lagerachse LA ausgerichteten Lagerbohrung 4 und wenigstens zwei relativ zum Lagergehäuse 2 bewegbare und beabstandet in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA angeordnete Kippsegmente 3, hier beispielhaft 3, 3.2 bis 3.5 gemäß einer ersten Ausführung in einer Ansicht von vorn. Die Figur 1 b zeigt einen Ausschnitt aus Figur 1 a auf das Kippsegment 3. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist ein Koordinatensystem an das Kippsegmentlager 1 angelegt. Die X-Achse beschreibt dabei die in Einbaulage im Kippsegmentlager 1 vorliegende Axial- bzw. Längsrichtung und entspricht der Richtung der Lagerachse LA. Die Y-Richtung und Z-Richtung beschreiben jeweils die Richtungen senkrecht zur X-Achse und die Richtungen senkrecht zueinander. Die Z- Richtung kann in Einbaulage als Höhenrichtung betrachtet werden, während die Y- Richtung der Richtung quer zur Längsrichtung entspricht. Die Richtungsangaben und die Ausführungen zum Kippsegmentlager 1 allgemein, bis auf die Ausbildung des einzelnen Kippsegmentes 3 selbst, gelten auch für die weiteren Figuren.

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.

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 Übersichtlichkeitsund 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.

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.

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 Figur 1a und 1 b den Bereich zwischen Radialebene ER-10.1 und Segmentseitenfläche 9.1 bzw. Radialebene ER-10.2 und Seitenfläche 9.2.

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.

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 Figur 1 b schematisiert vereinfacht verdeutlicht ein Kühlvolumenstrom 16 durch die Wellenrotation induziert wird und somit näher an den Bereich des Temperaturmaximums 15 am Kippsegment 3 heranführbar ist.

Figur 1 c zeigt eine Ausführung eines Kippsegmentes 3 gemäß der Figuren 1 a und 1 b mit parallelen Segmentseitenflächen 9.1 , 9.2, welche in Umfangsrichtung voneinander wegweisen in einer perspektivischen Ansicht. Erkennbar ist die Lagerfläche 5 und die einzelnen Segmentkanten 10.1 und 10.2. Daraus wird ersichtlich, dass es sich um ein besonders einfach aufgebautes Bauteil handelt.

Die in der Figur 1 a dargestellte Ausbildung des Kippsegmentlagers 1 zeigt Kippsegmente 3, 3.2 bis 3.5 mit gleicher Ausführung. Denkbar ist jedoch auch eine hier nicht dargestellte Ausbildung mit unterschiedlich gestalteter Geometrie der Segmentseitenflächen an den einzelnen Kippsegmenten.

Die Figur 2 zeigt eine weitere zweite Ausführung eines Kippsegmentes 3, bei welchem die Segmentseitenflächen 9.1 und 9.2 konkav gekrümmt ausgebildet sind in perspektivischer Ansicht. Erkennbar ist auch hier die Lagerfläche 5, sowie der gegenüber einer theoretischen Radialebene EA-10.1 bzw. EA-10.2 zurückversetzte Teilbereich 11 , welcher durch die konkave Krümmung zwischen Segmentkante 10.1 bzw. 10.2 und radialer Außenfläche 6 beschreibbar ist. Die konkav gekrümmte Fläche ist mit 17.1 , 17.2 bezeichnet.

Figur 3 zeigt eine Kombination aus den Ausführungen der Geometrien der Segmentseitenflächen 9., 9.2 gemäß der Figuren 1 und 2. Die einzelne Segmentseitenfläche 9.1 , 9.2 ist durch eine Abfolge einer konkav gekrümmten Fläche 17.1 , 17.2 und einer ebenen Fläche 14.1 , 14.2 von der Lagerfläche 5 in Richtung zur radialen Außenfläche 6 am Kippsegment charakterisiert. Die einzelnen Flächen 14.1 , 14.2 und 17.1 , 17.2 sind dabei durch ein konstantes Profil in Längsrichtung charakterisiert. Die ebenen Flächen 14.1 und 14.2 verlaufen hier beispielsweise radial, können jedoch auch - hier nicht dargestellt - parallel zueinander ausgerichtet sein.

Die Figuren 4a und 4b zeigen anhand eines Ausschnittes aus einem Kippsegmentlager 1 die Integration eines Kippsegmentes 3 gemäß Figur 3. Figur 4b zeigt den sich in der Segmenttasche 13 ausbildenden Wirbelstrom und eine Zufuhreinrichtung 18 für Kühlöl, insbesondere Frischöl. Figur 4b zeigt zudem eine teilweise konkave ausbildung der Segmentseitenflächen 9.1 , 9.2.

Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungen zeigen Kippsegmente 3, welche vorzugsweise bezüglich einer Mittenebene symmetrisch aufgebaut sind und hinsichtlich der Geometrie gleich ausgebildete Segmentseitenflächen 9.1 und 9.2 aufweisen. Diese Ausbildung ist dabei drehrichtungsunabhängig einsetzbar.

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 Figuren 1 bis 4 für eine Segmentseitenfläche 9.1 oder 9.2 und beispielsweise einer herkömmlichen Ausgestaltung mit in der Radialebene, z.B. EA-10.1 oder EA-10.2 liegender gegenüberliegender Segmentseitenfläche 9.2 oder 9.1. Figur 5 zeigt beispielhaft eine Ausbildung mit einer Segmentseitenfläche 9.1 , welche als ebene Fläche ausgebildet ist und in Einbaulage in einem Kippsegmentlager bezogen auf die Lagerachse in radialer Richtung verläuft, während die Segmentseitenfläche 9.2 als ebene Fläche ausgebildet ist, welche gegenüber einer durch die Lagerachse in Einbaulage und einer Senkrechten zu dieser durch die jeweilige Kante, hier die Segmentkante 10.2 charakterisierten Ebene zurückgesetzt ist.

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. Figur 6 zeigt beispielhaft eine Ausführung mit fünf Kippsegmenten 3.1 bis 3.5, wobei die Kippsegmente 3.1 bis 3.3 und die Kippsegmente 3.4 und 3.5 gleich ausgebildet sind. Die Kippsegmente 3.1 bis 3.3 sind beispielsweise analog zu den Kippsegmenten in Figur 2 ausgebildet, während die Kippsegmente 3.4 und 3.5 gemäß Figur 5 ausgeführt sind.

Bezugszeichenliste

1 Kippsegmentlager

2 Lagergehäuse

3, 3.2 bis 3.5 Kippsegment

4 Lagerbohrung

5 Lagerfläche

6 radiale Außenfläche

7 Tragfläche

8 Innenumfang

9.1 , 9.2 Segmentseitenflächen

10.1 , 10.2 Segmentkanten

11 Teilbereich

12 Rückversatz

13 Segmenttasche

14.1 , 14.2 ebene Fläche

15 Bereich Temperaturmaximum

16 Kühlölstrom

17.1 , 17.2 konkav gekrümmte Fläche

18 Zufuhrelement

LA Lagerachse

ER-10.1 ; ER-10.2 Radialebene

X, Y, Z Richtungen Koordinatensystem

W Welle r2-l, r3-A Radien

Claims

Patentansprüche

1. Kippsegmentlager (1 ) zum Lagern einer Welle oder Achse, umfassend ein Lagergehäuse (2) mit einer entlang einer Lagerachse (LA) ausgerichteten Lagerbohrung (4) und wenigstens zwei relativ zum Lagergehäuse (2) bewegbar und beabstandet zur Lagerachse (LA) in Umfangsrichtung um diese beabstandet zueinander angeordneten Kippsegmenten (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5), wobei das einzelne Kippsegment (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) jeweils eine radial innere Lagerfläche (5) und eine radial äußere Fläche (6) zur Abstützung an einer Tragfläche (7) am Lagergehäuse (2) und diese miteinander verbindende und in Umfangsrichtung zum benachbarten Kippsegment (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) weisende Segmentseitenflächen (9.1 , 9.2) aufweist und der Übergang zwischen Lagerfläche (5) und einzelner Segmentseitenfläche (9.1 , 9.2) eine erste und eine zweite Segmentkante (10.1 , 10.2) am Kippsegment (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) beschreibt; dadurch gekennzeichnet; dass zumindest eine der in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Segmentseitenflächen (9.1 , 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche (5) zur radialen Außenfläche (6) betrachtet zumindest einen Teilbereich aufweist, 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 (ER10.1 , ER-10.2) zurückversetzt ist.

2. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Segmentseitenfläche (9.1 , 9.2) in Längsrichtung des Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) betrachtet ein konstantes Profil aufweist bzw. durch einen stetigen Verlauf charakterisiert ist.

3. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Segmentseitenfläche (9.1 , 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zumindest in einem Teilbereich ihrer Erstreckung, vorzugsweise vollständig zwischen Lagerfläche (5) und Außenfläche (6) betrachtet durch eine ebene Fläche beschreibbar ist, welche in einem Winkel im Bereich von 20° bis 45° theoretischen durch die Lagerachse (LA) und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung durch die jeweilige Segmentkante (10.1 , 10.2) beschreibbaren Ebene (ER-10.1 , ER-10.2) ausgerichtet ist. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander wegweisenden Segmentseitenflächen (9.1 , 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig parallel zueinander ausgerichtet sind. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Segmentseitenfläche (9.1 , 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) zumindest in einem Teilbereich von deren Erstreckung zwischen Lagerfläche (5) und Außenfläche (6) betrachtet, vorzugsweise vollständig durch eine konkav gekrümmte Fläche (17.1 , 17.2) beschreibbar ist. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der konkav gekrümmten Fläche (17.1 , 17.2) zumindest teilweise kreisbogenförmig, zylindrisch oder elliptisch oder durch zumindest einen, oder eine Abfolge von Radien charakterisiert ist. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden voneinander wegweisenden und in Umfangsrichtung ausgerichteten Segmentseitenflächen (9.1 , 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) symmetrisch bezüglich einer Ebene, welche durch die Lagerachse (LA) und einer Senkrechten durch die Mitte der Erstreckung der Lagerfläche (5) in Umfangsrichtung charakterisiert ist, ausgebildet sind. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in gleicher Richtung weisenden Segmentseitenflächen (9.1 oder 9.2) einer Mehrzahl, vorzugsweise aller einzelnen Kippsegmente (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) identisch ausgebildet sind. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden voneinander wegweisenden und in Einbaulage in Umfangsrichtung weisenden Seitenflächen (9.1 , 9.2) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche (5) zur radialen Außenfläche (6) betrachtet zumindest einen Teilbereich aufweisen, 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 (ER-10.1 , ER- 10.2) zurückversetzt ist. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils andere der beiden Segmentseitenflächen (9.2 oder 9.1 ) eines einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) in Erstreckungsrichtung von der Lagerfläche (5) zur radialen Außenfläche (6) betrachtet in einer durch die Lagerachse (LA) und einer Senkrechten zu dieser in radialer Richtung beschreibbaren Ebene liegt. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kippsegmente (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) hinsichtlich der Segmentseitenflächen (9.1 , 9.2) unterschiedlich ausgeführt sind, insbesondere in Einbaulage die Lastsegmente gegenüber den Nicht- Lastsegmenten unterschiedlich gestaltet sind. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Kippsegment (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.

4, 3.

5) sich mit der radialen Außenfläche

(6) direkt am Innenumfang des Lagergehäuses - 21 -

(7) abstützt, wobei die radiale Außenfläche (6) des einzelnen Kippsegmentes (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) durch einen Radius beschreibbar ist, welcher kleiner als der Innenradius des Lagergehäuses (2) ist. 13. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Segmenttasche, welche von den zueinander weisenden Segmentseitenflächen (9.2, 9.1 ) zweier zueinander benachbart angeordneten Kippsegmente (3, 3.1 , 3.2, 3.3, 3.4, 3.5) begrenzt wird, eine Einrichtung (18) zur Zufuhr von Frischöl bzw. Kühlöl angeordnet ist oder aber durch das Lagergehäuse (2) in diese mündet.